Highlights und Projekte

Der Exzellenzcluster 2075: Daten-integrierte Simulationswissenschaft (SimTech) ist ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderter, interdisziplinärer Forschungsverbund auf dem Gebiet der Simulationswissenschaft.

Beteiligte Professorinnen und Professoren der Fakultät 7

• Prof. Dr.-Ing. Frank Allgöwer
  Stellv. Direktor, stellv. Sprecher des Clusters, Leiter Graduiertenschule
• Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Wolfgang Ehlers
• Prof. Dr. rer. nat. Nicole Radde
  Direktorium
• Prof. Dr.-Ing. Peter Eberhard
• apl. Prof. Dr.-Ing. Jörg Fehr
• Prof. Dr. rer. Pol. Dipl.-Ing. Meike Tilebein
• Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl

Der Exzellenzcluster 2120: Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für die Architektur (IntCDC) setzt auf das volle Potential digitaler Technologien, um das Planen und Bauen neu zu denken und durch einen systematischen, ganzheitlichen und integrativen computerbasierten Ansatz wegweisende Innovationen für das Bauschaffen zu ermöglichen.

Beteiligte Professorinnen und Professoren der Fakultät 7

• Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Oliver Sawodny
  Direktorium
• Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl

Das in der Medizintechnik angesiedelte Graduiertenkolleg 2543: Intraoperative multisensorische Gewebedifferenzierung in der Onkologie arbeitet an der Entwicklung neuer Sensoriken. Sie sollen es Chirurginnen und Chirurgen in der Krebs-Behandlung ermöglichen, während der Operation mit hoher Auflösung bösartiges von gesundem Gewebe zu unterscheiden, und so helfen zu entscheiden, ob das Gewebe entfernt oder erhalten werden soll.

Teilprojektleiterinnen und Teilprojektleiter aus der Fakultät 7

• Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Oliver Sawodny
  Sprecher
• Prof. Dr. Alois Herkommer
• Prof. Dr.-Ing. Cristina Tarín

Beteiligte Institute der Fakultät 7

• Institut für Systemdynamik (ISYS)
• Institut für Technische Optik (ITO)

Teilprojekte mit Beteiligung der Fakultät 7

• Diskriminierung tieferliegender Gewebeschichten mittels modellgestützter optischer Sensorik
• Gewebedifferenzierung mittels Infrarot-Spektroskopie
• Gewebedifferenzierung durch elektrische Impedanz-Spektroskopie
• Intraoperative Navigation & Multiphysikalische Gewebemodellierung
• Multimodale Sensorfusion

Der Sonderforschungsbereich 1244: Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen geht der Frage nach, wie angesichts einer wachsenden Weltbevölkerung und schrumpfender Ressourcen künftig mehr Wohnraum mit weniger Material geschaffen werden kann. 

Teilprojektleiterinnen und Teilprojektleiter aus der Fakultät 7

• Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl
• Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche
• Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz
• Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Peter Eberhard
• Dr.-Ing. Tobias Haist
• Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Oliver Sawodny
  Sprecher (2. Förderperiode), Stellvertretender Sprecher (1. Förderperiode)
  
• Prof. Dr.-Ing. Cristina Tarín Sauer

Beteiligte Institute der Fakultät 7

• Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF)
• Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design (IKTD)
• Institut für Maschinenelemente (IMA)
• Institut für Systemdynamik (ISYS)
• Institut für Technische und Numerische Mechanik (ITM)
• Institut für Technische Optik (ITO)

Teilprojekte mit Beteiligung der Fakultät 7

• A01 – Entwicklung von Methoden für Planung, Entwurf und Konstruktion von adaptiven Bauwerken
• A05 – Bauphysikalische Systemkonzepte und Planungsmethoden für Konstruktion und Betrieb von adaptiven Bauwerken
• A06 – Bautechnische Integration von aktiven Elementen in die Gebäudestruktur
• B01 – Charakterisierung, Modellierung und Reduktion der Modellordnung
• B02 – Schätzung des Systemzustands und optische Deformationsmessung
• B03 – Methoden und Technologien für ausfallsichere Elemente und Strukturen adaptiver Tragwerke
• B04 – Steuerungs- und Regelungskonzepte für adaptive Bauwerke
• C02 – Integrierte Fluidaktoren
• C03 – Elektroaktive Polymeraktoren und Aktorfelder für schaltbare Atmungsaktivität in Hüllen und Räumen
• Ö - Öffentlichkeitsarbeit
• Z01 – Funktionsmuster und Demonstrator
• Z02 – Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbereichs

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat ein Schwerpunktprogramm (SPP) mit dem Titel "Calm, Smooth and Smart" eingerichtet. Dabei sind zwei Förderungsphasen à drei Jahren geplant. Die Koordination des Schwerpunktprogramms obliegt Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Peter Eberhard vom Institut für Technische und Numerische Mechanik der Universität Stuttgart. Die gemeinsame Arbeit im SPP hat am 13. September 2016 mit einem Kickoff-Meeting zur ersten Phase begonnen. Im November 2019 ist das Schwerpunktprojekt in die zweite Phase gestartet.

Das DFG Schwerpunktprogramm 2086: Oberflächenkonditionierung in der Zerspanung hat zum Ziel für Zerspanungsprozesse unter kombinierter Nutzung von in-process einsetzbarer Softsensorik und Prozesswissen in Form von Prozess-, Geometrie- und Werkstoffmodellen dynamische Vorsteuerungen bzw. -regelungen aufzubauen, die es gestatten, in metallischen Bauteilen gleichzeitig definierte Geometrien und Randschichtzustände einzustellen. 

Projektleiterinnen und Projektleiter aus der Fakultät 7

• Prof. Dr.-Ing. Hans-Christian Möhring

Beteiligte Institute der Fakultät 7

• Institut für Werkzeugmaschinen (IfW)

Projekte mit Beteiligung der Fakultät 7

• Einlippentiefbohren mit sensorintegrierten Werkzeugen zur Einstellung definierter Funktionsmerkmale in der oberflächennahen Bohrungsrandzone

Von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wurde ein neues Schwerpunktprogramm zum Thema ‘Mehr Intelligenz wagen – Entwurfsassistenten in Mechanik und Dynamik‘ bewilligt. Koordiniert von Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Peter Eberhard vom Institut für Technische und Numerische Mechanik der Universität Stuttgart werden deutschlandweit ca. 20 Forschungsgruppen aus Maschinenbau, Mathematik und Informatik in einem innovativen Forschungsprojekt zusammenarbeiten. Der Stuttgarter Maschinenbau freut sich über diese Anerkennung, die auch auf den Arbeiten im  Stuttgarter Exzellenzcluster ‘Daten-integrierte Simulationswissenschaften (SimTech)‘ beruht.

Um künftigen Kundenanforderungen, neuen Regularien sowie der gesellschaftlichen Verantwortung gerecht zu werden, aber auch um die Möglichkeiten neuartiger Systeme mit Komponenten auf Basis Künstlicher Intelligenz (KI) optimal zu nutzen, muss der Systementwurf der Zukunft multidisziplinär sein. Dies können nur hochautomatisierte Entwurfsprozesse leisten, bei denen numerische Optimierungsstrategien die Suche nach besten Kompromisslösungen übernehmen, Analysemethoden aus ganz unterschiedlichen Disziplinen für die Systemevaluation integriert werden sowie KI-gestützte Algorithmen eine objektive Bewertung des Systemverhaltens und Entwurfsentscheidungen vornehmen. Das SPP wird modernste Methoden der Optimierung und KI-Forschung mit neuesten Analysemethoden der Technischen Dynamik verknüpfen, um an der Grenze zwischen Ingenieurwesen, Mathematik und Informatik Entwurfsassistenzsysteme der Zukunft zu konzipieren. Anhand vielfältiger Anwendungen sollen Musterprozesse entwickelt und die Vorteile eines solchen Vorgehens demonstriert werden, um einen nachhaltigen Paradigmenwechsel im industriellen Entwurfsprozess anzustoßen und den derzeit noch Analyse-zentrischen Prozess durch einen Kriterien-betonten Entwurf abzulösen. Dies soll in modulhaft kombinierbaren Entwurfsassistenzsystemen münden, die Ingenieur*innen mit einer künstlichen, das eigene Fachwissen ergänzenden Intuition ausstatten, um im Spannungsfeld von Strukturwandel, kürzeren Entwicklungszyklen und zunehmend interdisziplinären Herausforderungen bestehen zu können. Kriterien, die in bisherigen Entwurfsprozessen erst spät Berücksichtigung finden, können assistenzsystembasiert bereits in frühen Entwurfsphasen berücksichtigt werden, was zu besseren Ergebnissen und kürzeren Entwicklungszeiten beitragen kann.

Der Entwurf technischer Systeme gehört zu den anspruchsvollsten Kreativleistungen im Ingenieurbereich, wobei die Computerunterstützung derzeit meist auf die Systemanalyse beschränkt ist. In häufig interaktiven Entwicklungsprozessen werden zeitaufwändige Parameterstudien durchgeführt und Simulationsergebnisse nach Augenmaß bewertet, um manuell anhand von eigenem Expertenwissen erfolgversprechende Veränderungen am aktuellen Entwurf vorzunehmen. Das Ergebnis wird dann häufig als optimal deklariert, was zweifelhaft erscheint: (i) Im Allgemeinen basiert die Bewertung auf unklaren subjektiven statt auf mathematischen Kriterien; (ii) Die menschliche Unfähigkeit, Korrelationen in höher-dimensionalen Entwurfsräumen zu erkennen, sowie zeitliche Beschränkungen im industriellen Entwicklungsprozess verhindern das Erreichen eines Optimums; (iii) Nicht zuletzt beschränkt sich die Expertise einer Entwurfsingenieur*in meist auf nur wenige Teildisziplinen.

Durch die in den letzten Jahrzehnten zur Reife gebrachten Analysemethoden, die enorm gestiegene Rechenleistung und die beeindruckenden Fortschritte in der Forschung, etwa im Bereich maschinelles Lernen, ist nun der ideale Zeitpunkt, um Entwurfsstrategien zu entwickeln, die vor wenigen Jahren noch undenkbar waren. Mechanik und Dynamik als jahrhundertelange Bindeglieder zwischen Ingenieurwesen und Mathematik sind hierbei die idealen Themenfelder, um dem Maschinenbau durch dieses SPP eine neue Forschungsausrichtung und der Optimierung sowie der KI-Forschung anspruchsvolle neue Anwendungsfelder mit bislang noch nicht ausgeschöpften Potenzialen zu eröffnen, im Besonderen in der Nutzung der kreativen Intelligenz in Entwurfsentscheidungen.

UNICARagil beschäftigt sich mit dem automatisierten Fahren und neuen Mobilitätskonzepten. Dabei ist die Realisierung von neuartigen Fahrzeugkonzepten im Fokus des Vorhabens. An dem Projektkonsortium sind über 100 wissenschaftliche Mitarbeiter beteiligt. Ziel ist es, modulare Architekturen aus Hardware-und Softwarekomponenten für automatisierte und fahrerlose Fahrzeugkonzepte zu entwickeln darunter auch neue Dynamikmodule und Sensormodule.

Neben der Universität Stuttgart sind auch die RWTH Aachen, die Technische Universität München (TUM), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Technische Universität Braunschweig, die Universität Ulm, die Universität Passau und die Technische Universität Darmstadt als Projektpartner beteiligt.

Beteiligung aus der Fakultät 7

Der von Prof. Hans-Christian Reuss geleitete Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik am Institut für Fahrzeugtechnik Stuttgart (IFS)  ist im Projekt UNICARagil für die mechatronische Architektur, die Stammhirnhardware sowie die Energieversorgung inklusive der thermischen Konditionierung zuständig.