Die rechnerische Simulation von Produkten und Prozessen ist in vielen Branchen schon heute unverzichtbares Werkzeug zur Beschleunigung und Kostensenkung von Entwicklungsvorhaben. Beispiele reichen von der pharmazeutischen Wirkstoffentwicklung, wo Entwurf molekularer Strukturen und Vorhersage ihrer Wirkmechanismen mit den Methoden der theoretischen Chemie erfolgen, bis hin zur Analyse des Verhaltens makroskopischer Systeme wie der Energieversorgungsnetze. 

In der Materialforschung findet die Simulation gleichfalls bereits vielfältige Anwendung, so sind z. B. Programmsysteme zur Vorhersage von Mikrostruktur und Eigenschaften metallischer Gussbauteile oder von Schweißnähten, jeweils in Abhängigkeit von Prozessparametern, weit verbreitet. Ebenso gibt es Programme zur Berechnung der optischen Eigenschaften beinahe beliebig strukturierter Oberflächen und Mischmaterialien (photonische Kristalle, keramisch-metallische Mischsysteme). Im makroskopischen Bereich ist die numerische Analyse des Crashverhaltens von Fahrzeugen bereits im Entwurfsstadium Stand der Technik. Bei keramischen und pulvermetallurgischen Verdichtungsverfahren durch Pressen und Sintern hat die Materialforschung der Fraunhofer-Gesellschaft hinsichtlich der Simulation der Dichteverteilung und Formtreue eine Alleinstellung erreicht. 

Des Weiteren erfordert die Analyse des Einsatzverhaltens von unterschiedlichen Werkstoffen in Bauelementen bzw. Systemen die Berechnung ihrer Funktionseigenschaften mit Methoden der Finite Elemente Modellierung. Damit konnten bisher eine Vielzahl von Bauelementen der Funktionskeramik beschrieben und für Bauteiloptimierungen genutzt werden. 

Nur ansatzweise gelingt es jedoch bisher, Simulationsmodule, die in unterschiedlichen Längen- und Zeitskalen arbeiten, miteinander zu koppeln. Genau hier liegt jedoch eine Herausforderung, der sich der Verbund Werkstoffe, Bauteile in Kooperation mit anderen Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft stellt. Ziel ist es, sowohl leistungsfähige Software-Architekturen als auch eigene Softwarepakete zur Skalen übergreifenden Simulation zu entwickeln. Damit soll, zunächst demonstriert an ausgewählten Beispielen, die Multiskalensimulation von der atomaren Ebene bis zum Bauteil und seinem Einsatzverhalten in komplexen heterogenen Systemen verwirklicht werden. Die Beherrschung solcher komplexer Simulationsaufgaben wird künftig ein wettbewerbsentscheidender Faktor für die Innovationsfähigkeit von angewandten Forschungseinrichtungen bis hin zu ganzen Volkswirtschaften sein. 

Ausgehend von den in den nächsten Jahren zu realisierenden prototypischen Beispielen verfolgt der Verbund das Ziel, die Multiskalensimulation mittelfristig für das gesamte Spektrum der Produkt- und Prozessentwicklung in der Materialforschung und angrenzenden Gebieten verfügbar zu machen.