Institut für
Nachhaltige
Energiesysteme

Ökologie-Konzept. Hand halten Glühbirne gegen die Natur auf grünem Blatt mit Ikonen Energiequellen für erneuerbare, nachhaltige Entwicklung, Energie sparen.

Systems Engineering

Der Forschungsbereich Systems Engineering befasst sich mit Analyse, Definition, Entwurf und Test von Systemen. Ein methodischer Schwerpunkt liegt dabei auf der Gestaltung von Entwicklungsprozessen im Umfeld disruptiver (nicht-kontinuierlicher) Technologiewechsel.

In diesem durch technische und wirtschaftliche Risiken behafteten, „komplexen“ Umfeld tauchen beim Systementwurf typisch 2 Fragen auf:

Wie lassen sich Anwendungsfall-spezifische beste Lösungen (anstelle erstbester Lösungen) identifizieren?
Wie lässt sich die Effektivität (Wirksamkeit) solcher Lösungen nachweisen, wenn sie noch nicht vorab realisiert wurden?

Eine wissenschaftliche Infografik stellt einen zyklischen Forschungsprozess zur Analyse und Optimierung komplexer Systeme in drei horizontalen Ebenen dar; die obere Reihe enthält drei weiße, rechteckige Textboxen zu den Themen Multikriterielle Entscheidung, Analyse, Entwurf und multikriterielle Optimierung komplexer Systeme sowie Modellbildung und Simulation, welche durch hellgrüne Pfeile von links nach rechts verbunden sind; die mittlere Reihe illustriert die Kernbereiche durch fünf keilförmige Segmente, die von links nach rechts eine Solaranlage (Anwendung), eine komplexe Industrie- oder Motorverkabelung (Komplexe Systeme), zwei Forscherinnen mit Schutzbrillen bei der Arbeit (Analyse und Entwurf), ein grün leuchtendes Daten- oder Partikelnetzwerk (Modellbildung) sowie eine abstrakte 3D-Grafik mit leuchtenden Würfeln (Algorithmen) zeigen; die untere Reihe führt den Kreislauf über vier von rechts nach links mit grünen Pfeilen verbundene Textboxen zur Optimalen Versuchsplanung, Stichprobenartigen Versuchen, Systemmodell-Parametrierung und Multikriteriellen Optimierung fort, während zwei vertikale Pfeile an den Außenrändern den geschlossenen Zyklus vervollständigen.

Um Antworten auf beide Fragen zu erhalten, fokussiert der Forschungsbereich Systems Engineering auf innovative methodische und technisch/mathematische Ansätze einer multi-kriteriellen Pareto-optimalen Systemauslegung – speziell in hoch-dimensionalen Lösungsräumen, also bei einer Vielzahl an Freiheitsgraden der Auslegung. Dazu werden „klassische“ methodische Ansätze von Studien (i.e. dem systematischem Aufbau von Alternativen und deren Bewertung) und virtuellem Prototyping (i.e. der Nutzung simulationsfähiger Modelle) mit neuen Ansätzen des Machine Learning und der Künstlichen Intelligenz („KI“) kombiniert. Insbesondere kommen statistische Ansätze zur Multi-Objective Black-Box Optimierung zum Einsatz.

Als integraler ISES Bestandteil widmet der Forschungsbereich Systems Engineering der Analyse und Gestaltung nachhaltiger Energiesysteme einen besonderen Anwendungsschwerpunkt. Dazu gehören kommunale zentrale Verteilnetzarchitekturen ebenso wie überregionale oder dezentrale Smart Grids.

Ein Forscher sitzt mit dem Rücken zur Kamera an einem langen Labortisch und überwacht Versuchsdaten auf zwei großen Computermonitoren, auf denen Diagramme und Tabellenstrukturen zu sehen sind; links im Hintergrund steht ein großer, grau-blauer Klimaschrank der Marke ACS mit einem beleuchteten Sichtfenster, durch das eine dichte Kabelstruktur im Inneren erkennbar ist; am linken Bildrand stehen zwei weitere Personen im Profil und beobachten das Geschehen in der hellen, fensterreichen Laborumgebung.

Räume

Das Systems Engineering Labor setzt sich zusammen aus den Räumen R.3.102 im R-Bau, sowie den Räumen E101 und E103 im E-Bau. Versuchsaufbauten der Forschungsprojekte befinden sich auf Teilflächen des Verbundlabors B0172. (Raumfinder )

Ausstattung

Ein Forscher sitzt auf einem Bürostuhl im Bildzentrum und bedient aufmerksam den Touchscreen eines Messmonitors, welcher in einen großen, geöffneten Elektronik-Schaltschrank integriert ist; der Schaltschrank ist mit diversen Kabeln, Stromversorgungen und Modulen bestückt; rechts im Vordergrund stehen ein digitales Oszilloskop sowie weitere Laborgeräte auf einem Tisch vor einer hohen Gittertrennwand, während auf einem blauen Rollwagen auf der linken Bildseite ein Zimmer-Leistungsanalysator platziert ist und die technische Laborumgebung vervollständigt.

Die Ausstattung des Labors Systems Engineering dient sowohl der Lehre als auch der angewandten Forschung. Neben einer Vielzahl an Einzelplatzrechnern und Laptops steht eine leistungsfähige IT Infrastruktur mit Servern und Back-up Systemen zur Verfügung. Für Prototyping-Projekte sowie zum Zweck der Validierung steht ein auf elektrischen Antrieb umgerüsteter Porsche 987 („SE Boxster“) mit Straßenzulassung als Versuchsträger zur Verfügung.