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Quantum-as-a-Service

Quantencomputing für den digitalen Zwilling

Mit dem Forschungsprojekt ’Quasim’ verfolgen das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen und ihre Konsortialpartner das Ziel, Fertigungssimulationen wie etwa den digitalen Zwilling mithilfe von Quantencomputing zu beschleunigen und dadurch Hürden für den industriellen Einsatz abzubauen.

Bild: © IBM Research

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Die Hochleistungszerspanung ist eine wichtige Technologie zur Produktion in Industrien wie Triebwerksbau, Halbleiterindustrie und Medizintechnik zum Einsatz. Trotz Prozesse betragen die Produktkosten, je nach Bauteil, oftmals mehrere tausend bis hunderttausend Euro. Ein erheblicher Anteil dieser Kosten entsteht durch die Produktionsanläufe sowie Qualitätsmängel und Ausschuss innerhalb der laufenden Produktion. Die Prozessauslegung, -optimierung und -überwachung per digitalem Zwillings gewinnt deshalb an Bedeutung. Für den Einsatz fehlt es oftmals an einer entsprechenden digitalen Infrastruktur.

Projekt Quasim

Im Forschungsprojekt ’Quasim – Quantum Computing Enhanced Service Ecosystem for Simulation in Manufacturing’ sollen erstmals Quantencomputing (QC) und die metallverarbeitende Industrie verbunden werden. Ziel der Projektpartner ist die Entwicklung QC-Lösungen in der Fertigung, etwa für Zerspanprozesse. Sie wollen herausfinden, inwiefern eine QC-Unterstützung die Erstellung eines digitalen Zwillings in der Zerspanung beschleunigen und damit die Ergebnisqualität verbessern kann.

Das Fraunhofer IPT hat bereits mit dPart ein Rahmenwerk für den digitalen Zwilling in der Zerspanung entwickelt, das auch im neuen Projekt eingesetzt werden soll. Zur Erstellung der digitalen Zwillinge kommen unter anderem komplexe Modelle und Algorithmen aus der Numerik und dem maschinellen Lernen zum Einsatz, mit denen sich beispielsweise Kräfte und Prozessschwingungen dynamisch simulieren und visualisieren lassen.

Transfer in die Praxis

Um die Berechnungen zu beschleunigen, soll die dPart-Softwareplattform um eine sogenannte ’Quantum-as-a-Service’-Komponente (QaaS) erweitert werden: Für kritische Simulationen greift das dPart-Framework auf ein QaaS-Back-End zu, um die Recheneffizienz zu steigern. Für ihre Forschungsarbeiten nutzen die Projektpartner QC-Hardware: sowohl die gerade in Betrieb genommene QC-Infrastruktur am Forschungszentrum Jülich als auch der ’IBM Q System One’ des Kompetenzzentrums Quantencomputing Baden-Württemberg steht zur Verfügung. Die QaaS-gestützte Software zur Erstellung des digitalen Zwillings soll in die industrielle Praxis überführt und dort getestet werden. Anschließend plant das Forschungsteam einen Transfer der Ergebnisse in Form einer Know-how-Lizenzierung.

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Quantencomputing für den digitalen Zwilling

Die Hochleistungszerspanung kommt in Industrien wie Triebwerksbau, Halbleiterindustrie und Medizintechnik zum Einsatz. Trotz effizienter Prozesse betragen die Produktkosten dort dennoch oftmals mehrere tausend bis hunderttausend Euro. (mehr …)


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