Doktorand (m/w/d) im Bereich digitaler Zwillinge und Echtzeitsimulation für die Produktion - Stuttgart

Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Doktorand (m/w/d) im Bereich digitaler Zwillinge und Echtzeitsimulation für die Produktion

Produktionsanlagen werden immer flexibler, variantenreicher und vernetzter. Dadurch steigt auch der Aufwand in Planung, Programmierung und Inbetriebnahme. Die virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) ermöglicht es, das Zusammenspiel von Maschinen, Werkzeugen, Werkstücken und Steuerung bereits am digitalen Modell zu testen und zu optimieren, bevor die reale Anlage läuft. Grundlage dafür sind leistungsfähige Echtzeitsimulationen und digitale Zwillinge, die das Verhalten der Anlage physikalisch präzise abbilden und eng mit realer Steuerungshard- und -software gekoppelt sind.

Mit wachsender Modellgröße und Detailtiefe, etwa bei großen Mengen an Stückgütern, komplexen Geometrien oder materialflussintensiven Prozessen, stoßen bestehende Simulations- und Co-Simulations-Architekturen an ihre Grenzen. Am ISW erforschen wir daher neue Methoden, um digitale Zwillinge echtzeitfähig, skalierbar und intelligent zu machen: durch parallelisierte Berechnung auf Grafikprozessoren (GPU), durch die Kopplung heterogener Solver in einer zeitlich synchronisierten Co-Simulation sowie durch den Einsatz von Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI), etwa für datengetriebene Ersatzmodelle, die automatisierte Modellerstellung oder die Optimierung von Prozessen und Steuerungsprogrammen.

Ihre zukünftigen Themenschwerpunkte

• Erforschung und Weiterentwicklung von Methoden der Echtzeitsimulation für die virtuelle Inbetriebnahme und den digitalen Zwilling von Produktionsanlagen
• Entwicklung skalierbarer, parallelisierter Simulationsverfahren, z. B. GPU-basierte Physik- und Kollisionsberechnung für große Mengen an Stückgütern
• Konzeption und Weiterentwicklung von Co-Simulations-Architekturen, insbesondere der echtzeitfähigen Daten- und Zeitsynchronisierung zwischen Solvern, Steuerung und Simulation
• Einsatz von KI-Methoden im Kontext des digitalen Zwillings, z. B. für datengetriebene Ersatzmodelle, Modellabgleich mit Realdaten oder automatisierte Test- und Optimierungsverfahren
• Validierung der entwickelten Ansätze hinsichtlich Funktionalität und Performance an praxisnahen Anwendungsszenarien aus der Produktions- und Automatisierungstechnik
• Betreuung studentischer Arbeiten und Mitwirkung in der Lehre
• Mitarbeit in Forschungs- und Industrieprojekten sowie Veröffentlichung der Ergebnisse auf nationaler und internationaler Bühne

Ihr Profil

• Sie haben Ihr Masterstudium in Informatik, Softwaretechnik, Mechatronik, Maschinenbau, Simulation Technology, Elektrotechnik oder einer verwandten Fachrichtung mit sehr guten Leistungen abgeschlossen.
• Sie verfügen über sehr gute Programmierkenntnisse (z. B. C/C++, Python) und idealerweise Erfahrung in der GPU-Programmierung (z. B. CUDA, OpenCL).
• Sie bringen Kenntnisse in Simulationstechnik, Physik-Engines, Modellbildung oder Methoden des maschinellen Lernens mit.
• Sie haben erste Erfahrungen oder starkes Interesse an Echtzeitsystemen, Co-Simulation, digitalen Zwillingen und virtueller Inbetriebnahme.
• Sie arbeiten selbstständig, strukturiert und gerne im Team und haben Freude daran, neue Forschungsfragen eigenverantwortlich zu bearbeiten.
• Sehr gute Deutsch- und Englischkenntnisse befähigen Sie, im nationalen und internationalen wissenschaftlichen und industriellen Umfeld zu kommunizieren. Institutssprache ist Deutsch.

Wir bieten Ihnen

• Hoher Anwendungsbezug und praxisnahe Forschung im Spannungsfeld von Echtzeitsimulation, digitalem Zwilling, KI und Steuerungstechnik
• Möglichkeit zur Promotion in einem aktuellen und hochrelevanten Forschungsthema mit Gestaltungsspielraum für eigene Schwerpunkte
• Interdisziplinäre Forschung mit moderner Infrastruktur, u. a. leistungsfähiger GPU-Hardware, Echtzeit-Simulationsumgebungen und industriellen Steuerungssystemen
• Enge Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft
• Teilnahme an nationalen und internationalen Konferenzen
• Ein Sprungbrett für Ihre Karriere in Industrie oder Wissenschaft