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Mit der Gründung des Instituts für Engineering von Produkten und Systemen (IEPS) wurden die zuvor eigenständigen Institute für Arbeitswissenschaft und Fabrikautomatisierung (IAF), für Logistik und Materialflusstechnik (ILM), für Mobile Systeme (IMS) sowie für Maschinenkonstruktion (IMK) zu einem leistungsstarken, interdisziplinären Forschungscluster zusammengeführt. Diese Struktur vereint Kompetenzen in der Produktentwicklung und Konstruktion, der Logistik und Materialflusstechnik, der Fabrikautomatisierung und Produktionssystemgestaltung sowie der mobilen Antriebstechnik und Mechatronik unter einem gemeinsamen Dach.

Neben der Integration bewährter Forschungsbereiche erschließt das IEPS auch neue Forschungsbereiche: Mit der Einrichtung der Juniorprofessur für KI-Anwendung in Produktion und Logistik im März 2024 wurde ein zukunftsweisender Schwerpunkt geschaffen, der die Potenziale von Künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen für die Optimierung industrieller Prozesse erschließt. Diese strategische Erweiterung unterstreicht den Anspruch des Instituts, nicht nur etablierte Kompetenzen zu bündeln, sondern auch aktiv innovative Forschungsfelder zu erschließen.

Die enge Verzahnung dieser Kompetenzbereiche ermöglicht einen durchgängigen Entwicklungs- und Forschungspfad – von der methodischen Produktentwicklung über die Auslegung tribologischer Systeme und mechatronischer Komponenten bis hin zur intelligenten Produktion, Logistik und dem Einsatz von KI-Methoden. Dadurch entsteht ein einzigartiges Kompetenzprofil, das gleichermaßen Grundlagenforschung, Technologietransfer und industrielle Anwendung stärkt.

Forschungsschwerpunkt Produktentwicklung, Konstruktion und Tribologie

Die Forschungsarbeiten in diesem Bereich konzentrieren sich auf die methodische Produktentwicklung, die Konstruktion und Auslegung von Maschinenelementen sowie die Aufklärung tribologischer Mechanismen. Zentrale Themen sind die Weiterentwicklung der Konstruktionsmethodik, die Integration moderner Werkzeuge wie 3D-Druck und CAD/CAE/CAM in die Produktentwicklung sowie die Optimierung tribotechnischer Systeme.

Die einzelnen Forschungsaktivitäten lassen sich entsprechend der jeweiligen Expertisen folgenden Lehrstühlen zuordnen:

Professur Produktentwicklung und Konstruktion (kommissarisch: apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Dirk Bartel)

• Weiterentwicklung der Produktentwicklungsmethoden hinsichtlich Ideenfindung, Konzeptentwicklung, Produktgestaltung, Leichtbauweise, Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit insbesondere angewandt auf Luft- und Raumfahrt, Medizin- und Biomedizintechnik, Automobil- und Transportindustrie, Sicherheitstechnik
• Effektive Einbindung von Werkzeugen und Technologien in eine innovative Produktentwicklung: CAx-Anwendungen, PDM-Systeme, Virtual Reality und Augmented Reality, 3D-Druck, 3D-Digitalisierung
• Integration von KI-Werkzeugen in den Produktentwicklungsprozess des Integrated Design Engineering (IDE)
• Entwicklung eines Digitalen Produktpasses für KMU nach der Ökodesign-Verordnung (Ecodesign for Sustainable Products Regulation – ESPR)
• Entwicklung eines Indikatorensets für die monetäre Bewertung der sozialen Nachhaltigkeit verknüpft mit relevanten Sustainable Development Goals (SDG)
• Entwicklung von Ansätzen für eine Umweltorientierte „Open-Source“-Produktentwicklung

Professur für Maschinenelemente und Tribologie (apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Dirk Bartel)

• Erarbeiten von Grundlagen zur weiteren Aufklärung der Mechanismen von Reibung und Verschleiß in Reibkontakten mit und ohne Schmierung
• Untersuchungen zum Reibungs- und Verschleißverhalten von Maschinenelementen und Bereitstellung von Berechnungsverfahren sowie von Auslegungs- und Gestaltungsrichtlinien für tribotechnisch beanspruchte Maschinenelemente
• Optimierung tribotechnischer Systeme hinsichtlich Werkstoffpaarung, Schmierstoff und Reibflächengestaltung

Forschungsschwerpunkt Mechatronik und mobile Antriebssysteme

Dieser Forschungsschwerpunkt umfasst die Entwicklung und Optimierung von Energieumwandlungssystemen für mobile Anwendungen sowie die modellbasierte Entwicklung mechatronischer Systeme. Die Forschung erstreckt sich von klassischen Verbrennungsmotoren über alternative Antriebskonzepte bis hin zur Entwicklung autonomer Fahrfunktionen.

Professur für Energieumwandlungssysteme für mobile Anwendung (Prof. Dr.-Ing. Hermann Rottengruber)

• Ottomotoren: Gasmotoren, Einspritzsysteme, Gemischbildung, Zündsysteme, Akustik, Energiemanagement
• Dieselmotoren: Hochdruckeinspritzung, Spraybildung, Gemischbildung, Brennraumgeometrie, Abgasrückführung, Partikelfilter/Partikelfilterregeneration, NOx-Abgasnachbehandlung, Akustik
• Alternative Motorkraftstoffe: E-Fuels, Wasserstoff, Biodiesel, Bioethanol, Pflanzenöl, Biomass to Liquid (2. Generation), Gas to Liquid (GtL), Gase (CNG, LNG, Sondergase)
• Berechnung und Simulation: Gemischbildung/Verbrennung/Thermomanagement, Brennstoffzellen- und Batteriesysteme, Super-Caps, Analyse von Wasserstoffmotoren, Analyse von Verbrennungsmotoren, Simulation variabler Ventilbetriebe, Thermodynamische Analyse von Energiewandlungsprozessen, Strömungsvorgänge im Brennraum, Simulation der Einspritzhydraulik, Simulation Abgasrückführung (Programme/Software: AVL FIRE, AVL Cruise M, ANSYS CFX, Virtual Lab, GT Power, Converge, Cantera, OPEN Foam)
• Akustik - Forschungsschwerpunkte: Geräuschregelung von Motoren, Bewertung der Akustik von E-Motoren, Abbildung des Struktur-/Abstrahlverhaltens, Vibroakustisches Benchmarking, Betriebsschwingungsanalysen, Analyse und Simulation von Schalltransferpfaden, Schallquellenlokalisierung und -analyse mit Mikrofonarrays und Intensitätssonde, Schallquellenlokalisierung mit Scanning-Laser-Vibrometer, Messungen von Drehungleichförmigkeiten, Schwingungsmessung an rotierenden Teilen mit optischem Derotator, Aktive Schwingungsdämpfung mit Piezoaktoren
• Akustische Messtechnik: Akustik Motorprüfstand, PSV-400-3D Scanning-Vibrometer, Einpunkt-Vibrometer, Rotations-Vibrometer, 80-Kanal-Prüfstands-Akustik-Messsystem PAK-Mobil MK II, 60-Kanal-Combo-Array für Nahfeldholographie und Beamforming, 60-Kanal-Grid-Array für Schallkartierung und Nahfeldholographie, Schallintensitätsmesssystem
• Sondermesstechnik: Strömungsprüfstand, Einspritz-Pumpenprüfstand (Injection Analyzer), Gas-Einblasventil-Prüfstände, Prüfstand für Emulsionserzeugung Kraftstoff/Wasser, Hochdruck-Einspritzkammer, Abgasmesstechnik (Partikelgrößen/-anzahl, Partikelkonzentration), Optische Messtechnik/FTIR, Gaschromatograph

Professur für Mechatronik (Prof. Dr.-Ing. Andreas Scholz)

• Entwicklungsmethodik:
  
  • Virtualisierung von Entwicklungsprozessen: Modellbasierter Entwurf, Analyse und Synthese mechatronischer Komponenten und Systeme
  • Hardware-in-the-Loop Prüftechnik und Entwicklung echtzeitfähiger digitaler Zwillinge
  • Virtuelle Integration: Kopplung real verfügbarer Systeme mit Berechnungsmodellen zur Erreichung einer höheren Integrationsstufe, auch unter Anwendung maschineller Lernverfahren
  • Mensch-Maschine-Interaktion: Spezifikation von Anforderungen an mechatronische Systeme, die in der Interaktion mit Menschen stehen
  
  
• Aktuelle Anwendungsfelder:
  
  • Robotik
  • Elektromobilität und Mikromobilität
  • X-by-Wire Technologien
  • Landwirtschaft und biologischer Pflanzenschutz
  • Medizinische Assistenzsysteme
  
  

Forschungsschwerpunkt Logistik und Materialflusstechnik

Die Forschung im Bereich Logistik und Materialflusstechnik konzentriert sich auf die Entwicklung und Optimierung von Fördersystemen, die Simulation partikelmechanischer Systeme sowie die Gestaltung logistischer Prozesse und Systeme unter Einsatz der Automation inner- wie außerbetrieblich (Supply Chain Networks). Moderne Methoden wie die Diskrete Elemente Methode (DEM), Lean Logistics, wissensbasierte Planspiele (serious games) und KI-basierte Ansätze bilden das methodische Fundament.

Professur für Förder- und Materialflusstechnik (Prof. Dr.-Ing. André Katterfeld)

• Entwicklung und Optimierung von Stetigförderern: Funktionsanalyse, Erstellung von Berechnungsmodellen, Experimentelle Untersuchungen, Verschleißvorhersage in der Schüttguttechnik, Erforschung des Gurtschieflaufs, Reduzierung von Staubemissionen
• Weiterentwicklung und Anwendung der Diskrete Elemente Methode (DEM): Simulation von partikelmechanischen Systemen der Förder-, Baumaschinen- und Verfahrenstechnik, Weiterentwicklung von Kontaktmodellen, Kalibrierung von DEM-Parametern, Kopplung der DEM zu anderen Simulationsmethoden (FEM, MKS, CFD)
• Bestimmung von Schüttguteigenschaften: Laboranalysen, Entwicklung von Verfahren und Apparaten zur Ermittlung der Guteigenschaften
• Anlagentechnik: Entwicklung von Mess- und Monitoring-Konzepten für die Anlagentechnik, Analyse des Verhaltens von Stückgut im Pulk (Stückgut als Schüttgut), Rückverfolgbarkeit von Schüttgut-Chargen: Neuartiges Lagermanagement in Halden und Silos, Materialfluss-Simulation in der Schüttguttechnik
• Intelligenter Logistikraum: Funk- und bildbasierte AutoID- und Ortungsverfahren im Indoor- und Outdoorbereich, IT-Strukturen für intelligente Waren, Ladungsträger und Betriebsmittel sowie Personen, Analyse- und Anzeigeverfahren für Bewegungsabläufe von Waren- und Personenströmen in der Intralogistik, Umschlagtechnologien für intelligente Container

Professur für Logistik (Prof. Dr.-Ing. Hartmut Zadek)

• Grundlagen der Technischen Logistik, insbesondere Referenz- und Berechnungsmodelle
• Diagnose, Modellierung, Simulation, Gestaltung und Optimierung logistischer Prozessabläufe und Systeme
• Planungsmethoden und -werkzeuge in der Logistik, insbesondere bausteinorientierte Problemlösungsprozesse sowie kooperative und internetbasierte Planungsprozesse
• Prozessketten für Zulieferung, Produktion, Handel, Logistikdienstleister sowie Transportketten der Ver- und Entsorgung
• Automatisierter / Teleoperierter Transport (Güter) und Beförderung (Personen) im innerbetrieblichen und öffentlichen Raum
• Intelligente Mobilität, Logistik und Verkehrssysteme
• Urban & Rural Mobility / Last-Mile-Distribution
• Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung, Energieeffizienz in der Logistik
• Sozio-technische Innovationen

Forschungsschwerpunkt KI-Anwendung in Produktion und Logistik

Dieser Forschungsschwerpunkt fokussiert die Entwicklung und Untersuchung von Methoden der Künstlichen Intelligenz, insbesondere des maschinellen Lernens, für Planungs-, Steuerungs- und Optimierungsprobleme in Produktion und Logistik.

Juniorprofessur für KI-Anwendung in Produktion und Logistik (Jun.-Prof. Dr.-Ing. Sebastian Lang)

Methoden und Modelle der Künstlichen Intelligenz (KI) und des Digital Engineerings:

• Maschinelles Lernen, insbesondere Reinforcement Learning
• Metaheuristiken, insbesondere evolutionäre und schwarmbasierte Algorithmen
• Modellbildung und Simulation

Anwendungsgebiete:

• Produktion, Logistik, Supply Chain Management
• Robotik
• Verkehr

Forschungsschwerpunkte:

• KI-gestützte Produktionsplanung und -steuerung
• KI-gestützte Steuerung und Rekonfiguration von Lieferketten
• KI-gestützte Robotikanwendungen
• Generative KI-Systeme für industrielle Problemstellungen

Arbeitsgruppe Modellierung und Simulation in Produktion und Logistik (Dr.-Ing. Tobias Reggelin)

Die Modellierung und Simulation bildet eine wesentliche Grundlage für die erfolgreiche Anwendung von KI-Methoden in Produktion und Logistik. Simulationsmodelle ermöglichen es, komplexe Systeme abzubilden, Trainingsdaten für maschinelle Lernverfahren zu generieren und KI-basierte Entscheidungsstrategien in einer risikofreien Umgebung zu erproben und zu validieren. Insbesondere für das Training von Reinforcement-Learning-Agenten sind realitätsnahe Simulationsumgebungen unverzichtbar, da sie die notwendige Interaktion zwischen Agent und Umgebung ohne reale Kosten oder Risiken ermöglichen.

Forschungsschwerpunkte:

• Modellbildung, Simulation und digitale Zwillinge in Produktion und Logistik
• Schnelle und effiziente Simulationsmodelle (z. B. mesoskopische Simulation)
• Simulationsgestützte Steuerung und Optimierung
• Automatisierte Erstellung und Parametrisierung von Simulationsmodellen
• Prozessbegleitende Simulationsmodelle für die operative Entscheidungsunterstützung
• Simulationsbasierte Planungswerkzeuge für touristische Wertschöpfungsketten unter den Aspekten Mobilität und Logistik in urbanen Räumen
• Simulationsbasierter Digitaler Zwilling

Forschungsschwerpunkt Fabrikautomatisierung und Produktionssysteme

Im Mittelpunkt der Forschung stehen Produktionssysteme und deren effiziente Gestaltung, Management und Automatisierung. Ergänzt werden die Aktivitäten durch Aspekte der Digitalisierung, Nachhaltigkeit und des Risikomanagements.

Professur für Fabrikautomatisierung (apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Arndt Lüder)

• Modellbasierte Entwicklung von cyber-physischen Produktionssystemen
• Automatisierungsarchitekturen auf Basis von Industrie 4.0-Komponenten
• Methoden zur Umsetzung verschiedener Produktionssystemreifegrade gemäß Industrie 4.0 Maturity Index

Professur für Produktionssysteme und -automatisierung (kommissarisch: apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Arndt Lüder)

• Globales Risiko- und Nachhaltigkeitsmanagement:
  
  • Globale Produktion und Distributionsnetzwerkdesign
  • Lieferketten, geschlossene Kreisläufe und Risikomanagement
  • Bottom of Pyramid, Co-Creation und frugale Innovation und Open Source im Operations Management
  
  
• Industrielle Datenräume und digitale Wertschöpfung:
  
  • Integrierte Planung und Steuerung
  • Industrielle Datenräume
  • Robuste Methoden für Industrie 4.0 und cyber-physische Produktionssysteme
  • Datenanalysen, mathematische Modellierung und Simulation
  • Hybride Intelligenz und Umgang mit verzerrten Daten und Entscheidungen
  
  
• Mensch-Technik-Interaktion:
  
  • Applied Games zur Analyse sozio-technischer Systeme
  • Assistenzsysteme für menschzentrierte Arbeitswelten
  • Digitale Unterstützung durch immersive Technologien
  • Humane und wirtschaftliche Gestaltung von Arbeitssystemen
  
  

Forschungsschwerpunkt Produktentwicklung, Konstruktion und Tribologie

Serviceangebot Lehrstuhl Produktentwicklung und Konstruktion

• Realisieren der Integrierten Produktentwicklung und des Product Lifecycle Management; Auswahl und Einführung von PDM-Systemen und CAx-Systemen
• Unterstützung bei der Lösung von Aufgaben im Bereich der Produktentwicklung, z. B. Erstellung von Produktmodellen mittels CAD oder 3D-Digitalisierung, Fertigung von Prototypen unter Einsatz generativer Verfahren/3D-Druck
• Transfer eines ganzheitlichen Prozessmodells für die nachhaltige Entwicklung von Produkten und Geschäftsmodellen in KMU
• Dynamische Prozessorientierung, -simulation und -navigation in der Produktentwicklung
• Entwicklung von Konzepten zur Erarbeitung von Sonderkonstruktionen in den Bereichen der Medizin- und Biomedizintechnik, Automobil- und Transportindustrie, Luft- und Raumfahrt
• Bewertung und Optimierung von Unternehmensprozessen und Methoden für dynamisches Prozessmanagement mit Hilfe der BAPM-Methode
• Bewertung von Datenqualitätsmanagementprozessen nach ISO 8000-63 und ISO 8000-64
• Beratung zu Technologien der additiven und hybriden Fertigung sowie zur konstruktiven Auslegung und Topologieoptimierung (Leichtbauweise)

Serviceangebot Lehrstuhl für Maschinenelemente und Tribologie

• Auslegung, Nachrechnung und konstruktive Gestaltung von Maschinen, Maschinenelementen und tribotechnischen Systemen
• Schadensanalyse an tribotechnischen Systemen
• Experimentelle und theoretische Untersuchungen an Originalbaugruppen und an Modellprüfkörpern hinsichtlich Reibung und Verschleiß
• Werkstoffauswahl und -optimierung für tribotechnische Systeme
• Optimierung von Schmierstoff-Werkstoff-Kombinationen
• Ermittlung von Schmierstoffkennwerten und Auswahl von Schmierstoffen
• Literaturrecherche zu tribologischen Fragestellungen

Forschungsschwerpunkt Mechatronik und mobile Antriebssysteme

Serviceangebot Lehrstuhl für Energieumwandlungssysteme für mobile Anwendung

• Untersuchungen an Otto- und Dieselmotoren auf Motorprüfständen
• Untersuchungen von Otto- und Dieseleinspritzsystemen auf dem Einspritzpumpenprüfstand (Injection Analyzer) sowie Tests an Gas-Einblasventilen
• Abgasuntersuchungen an Pkw-Motoren
• Prüfung des Einsatzes von Bio-/alternativen Kraftstoffen, Wasserstoff
• Thermodynamische Analyse von Energieumwandlungsprozessen
• Computersimulation der Gemischbildung, Verbrennung, Thermodynamik
• Computersimulation Brennstoffzellensysteme
• Computersimulation Wasserstoffverbrennung
• Erfassung örtlich/zeitlich aufgelöster Zylinderinnenströmungen (Jaros-Strömungsprüfstand)
• Schallemissionsuntersuchungen an Verbrennungsmotoren
• Zukünftige Antriebssysteme
• Analyse von Verbrennungsmotoren
• Fachgutachten/Patentgutachten

Serviceangebot Lehrstuhl für Mechatronik

• Modellierung und Simulation komplexer mechatronischer Systeme im Kontext von Produktentstehungsprozessen
• "Frontloading" von Systemtests unter Verwendung virtueller Integrationsverfahren, Prüfstandsvernetzung und Digitaler Zwillinge
• Antriebsstrangsynthese von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen sowie Fahrdynamikregelung
• Entwicklung und Erprobung automatisierter und autonomer Fahrfunktionen für verschiedene Fahrzeugkategorien
• Hardware-in-the-Loop Prüfung mechatronischer Bauteile und Baugruppen
• Systematische Anforderungsanalyse im Bereich Mensch-Maschine-Interaktion

Forschungsschwerpunkt Logistik und Materialflusstechnik

Serviceangebot Lehrstuhl für Förder- und Materialflusstechnik

• Funktionsanalyse und Berechnung von Stetigförderern für Stück- und Schüttgut
• DEM-Simulation von Geräten der Fördertechnik, Baumaschinentechnik und Verfahrenstechnik
• Bestimmung der Schüttguteigenschaften
• Kalibrierung der DEM-Parameter
• Schulungen zur Anwendung der DEM
• Schadensanalysen, Gutachtertätigkeit im Bereich der Förder- und Materialflusstechnik

Serviceangebot Lehrstuhl für Logistik

• Analyse, Optimierung sowie technische und organisatorische Gestaltung von Zulieferketten, multimodalen Transportketten, Lager- und Distributionssystemen sowie von Ferntransportsystemen für Siedlungs- und Restabfälle
• Analyse, Dokumentation und Reorganisation von Geschäftsprozessen für Ver- und Entsorgungsaufgaben
• Auswahl und Einführungsbegleitung von Informationssystemen der Logistik
• Gestaltung automatisierter / teleoperierter Transport- (Güter) und Beförderungsprozesse (Personen) inner- und außerbetrieblich
• Entwicklung multimedialer Lernumgebungen für die Logistikausbildung
• Outsourcing-Analysen
• Logistikdienstleistungs-Geschäftsfeldplanung
• Change Management
• Supply Chain Design & Management
• Weiterbildung und Planspiele im Lean & Supply Chain Management

Forschungsschwerpunkt KI-Anwendung in Produktion und Logistik

Serviceangebot Juniorprofessur für KI-Anwendung in Produktion und Logistik

• Methoden der (generativen) künstlichen Intelligenz
• Maschinelles Lernen, insbesondere Deep Reinforcement Learning
• Heuristiken und Metaheuristiken, insbesondere evolutionäre und schwarmbasierte Algorithmen, zur Optimierung von Prozessen und Systemen der Produktion und Logistik
• Ereignisdiskrete Simulation, System Dynamics Simulation, Discrete-Rate Simulation
• Entwicklung von KI-basierten Lösungen zur Planung, Steuerung und Optimierung von Prozessen und Systemen der Produktion und Logistik
• Simulationsstudien zur Planung, betrieblichen Begleitung und Optimierung von Prozessen und Systemen der Produktion und Logistik
• Analyse, Planung, Verbesserung und Optimierung von Prozessen und Systemen in Produktion und Logistik
• Planspiele in Produktion und Logistik

Forschungsschwerpunkt Fabrikautomatisierung und Produktionssysteme

Serviceangebot Lehrstuhl für Fabrikautomatisierung und Lehrstuhl für Produktionssysteme und -automatisierung

• Service- und Beratungsprojekte
• Kooperationsprojekte in der Forschung
• Forschungsaufträge und Standardisierungsaktivitäten
• Schulungen, Trainings, Workshops
• Kooperative Promotionsprojekte
• Arbeitskreise mit mehreren Partnern
• Kaminabende, Exkursionen, Wettbewerbe, Gastvorlesungen
• BSc- und MSc-Arbeiten, Veranstaltungen, Beiratstätigkeit, Praktika, Case Studies
• Stipendien, Förderprogramme für ausgewählte Studierende