RWTH Aachen im Exzellenzwettbewerb

IM EXZELLENZWETTBEWERB

EXZELLENZ_ 19.11.2007 9:04 Uhr Seite 1

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Inhalt

Vorwort

Förderlinie der Exzellenzinitiative zum projektbezogenen Ausbau der universitären Spitzenforschung:Zukunftskonzept„RWTH 2020 – Meeting Global Challenges“Bewilligung 2007 Seite 4

Förderlinie der Exzellenzinitiative:Graduiertenschule„Aachen Institute for Advanced Study in Computational Engineering Science“ (AICES)Bewilligung 2006 Seite 12

Förderlinie der Exzellenzinitiative:Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“Bewilligung 2006 Seite 18

Exzellenzcluster„Mobile Information und Kommunikation mit höchsten Datenraten“ (UMIC)Bewilligung 2006 Seite 24

Exzellenzcluster„Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse“Bewilligung 2007 Seite 28

Impressum


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Die Dynamik des Aufbruchs weitertragen

Die Exzellenzinitiative hat den Hochschulen wertvolle Chancen eröffnet, wichtigeZukunftsthemen mit besonderer Intensität anzugehen. In der RWTH setzte dasVerfahren einen dynamischen Prozess in Gang, der kritische und konstruktive Dis-kussionen initiierte und die interdisziplinäre Teamarbeit in einer neuen Qualität för-derte. Bereits diese Auseinandersetzung mit den Kernkompetenzen der Hochschuleund die selbstkritische Analyse der Stärken und Schwächen haben eine nachhaltigeDynamik erzeugt.

Der Erfolg der RWTH Aachen mit nunmehr insgesamt drei Clustern, einer Gra-duiertenschule und dem Zukunftskonzept ist Ansporn und Herausforderung zu-gleich. Der Platz an der Spitze deutscher Universitäten verpflichtet ebenso wie erermutigt. In jedem Falle aber wird neben der fachlichen Profilierung auch die Sicht-barkeit der RWTH im In- und Ausland erhöht. Die deutsche Hochschullandschaftim Allgemeinen und die RWTH Aachen im Besonderen sind damit im internationa-len Wettbewerb besser gewappnet als jemals zuvor.

Diese Chance gilt es zu nutzen. Lassen Sie uns diese positive Aufbruchstimmungweiter tragen auf dem Weg zur integrativen interdisziplinären Universität derZukunft.

Univ.-Prof. Dr. Burkhard RauhutRektor

Am 19.Oktober 2007 bei der Verkündung derExzellenzergebnisse im Gästehaus der RWTH Aachen: der Staatssekretär im NRW-InnovationsministeriumDr. Michael Stückradt, NRW-Innovationsminister Prof. Dr. Andreas Pinkwart,RWTH-Rektor Univ.-Prof. Dr.Burkhard Rauhut, der ParlamentarischeStaatssekretär im Bundesministerium für Bildung und ForschungThomas Rachel sowie Aachens Oberbürgermeister Dr. Jürgen Linden (von links).


4 Das langfristige Ziel der RWTH Aachenist der Wandel zu einer integrierteninterdisziplinären technischen Hoch-schule. Das Zukunftskonzept der RWTHAachen stellt in dieser Entwicklung dieerste Stufe eines strategischen Hoch-schulentwicklungsplans dar. In denkommenden fünf Jahren soll das Zielverfolgt werden, alle Forschungsaktivi-täten, an denen die Universität betei-ligt ist, auf ihre Kernkompetenzen zufokussieren und sowohl interne alsauch externe Kooperationen und Netz-werke auszubauen und zu verbessern.

Dem Zukunftskonzept liegen lang-fristige Ziele zugrunde, die durch ent-sprechende zielorientierte, sich ergän-zende und miteinander vernetzte Maß-nahmen erreicht werden sollen. In dennächsten zehn bis 15 Jahren verfolgtdie RWTH Aachen folgende Ziele:

die Schärfung des Profils der RWTHAachen als eine integrierte technischeUniversität: durch die Fokussierungder gesamten Universität auf ihreKernkompetenzen, durch die Befähi-gung aller Fakultäten, zu diesem Fo-kussierungsprozess beizutragen unddurch die aktive Förderung interdiszi-plinärer Zusammenarbeit zwischenden Fakultäten;

die Bewältigung von Forschungs-herausforderungen mit hoher sozialer und globaler Relevanz; die Gewinnungund langfristige Bindung herausragen-der Studierender, Lehrender und Wissen-schaftlerinnen und Wissenschaftler;die Erlangung einer führenden Posi-tion im Bereich „Gender and Diversity“

Förderlinie der Exzellenzinitiative zum projektbezogenen Ausbau der universitären Spitzenforschung:Das Zukunftskonzept der RWTH: „RWTH 2020 – Meeting Global Challenges“

unter den deutschen Universitäten;der Ausbau der internationalenOrientierung, des internationalenEinflusses und der Reputation.

In den Ingenieurwissenschaftennimmt die RWTH Aachen sowohl aufnationaler als auch auf internationalerEbene eine Spitzenposition ein. Für dieZukunft ist es Ziel der RWTH, nichtnur die bestehenden Stärken zu stär-ken, sondern das Profil jeder einzelnenFakultät zu schärfen und einen fach-bereichsbezogenen Veränderungspro-zess in Gang zu setzen. So werden dieForschungsaktivitäten auf die Kernkom-petenzen der Hochschule und gleich-zeitig auf das individuelle Profil jedereinzelnen Fakultät ausgerichtet.

Dieser Veränderungsprozess bedarfauf höchster Ebene einer Veränderungder Strategie der Hochschulleitung mitdem Ziel, durch institutionelle Maß-nahmen und Einrichtungen die Ent-wicklung neuer (Spitzen-)Forschungs-felder zu unterstützen. Die RWTHwird jedoch nicht eine bestimmte Formder institutionellen Umstrukturierungeinleiten, sondern strebt eine „Ver-änderungskultur“ als Grundprinzip fürwissenschaftliche Kreativität, technolo-gische Innovation und gesellschaftli-chen Fortschritt an. In diesem Zusam-menhang sind neue Leitungsprinzipienentwickelt worden:

Wettbewerb auf allen Ebenen der Universität, flexible Förderungs-strukturen, Schaffung einer krea-tiven Unruhe sowie Nutzung vonSynergien und Kooperationen.


Das Zukunftskonzept der RWTHAachen besteht aus vier aufeinanderabgestimmten Maßnahmen:

1. die Schärfung des wissenschaft-lichen Profils der Hochschule durch dieStärkung der Naturwissenschaften unddie Förderung der interdisziplinärenForschung,

2. JARA – die Bildung einerForschungsallianz Jülich-Aachen,

3. Menschen in Bewegung setzen –die Einführung eines universitätsum-fassenden Personal- und Organisa-tionsentwicklungskonzeptes sowie

4. die Stärkung der universitärenManagementstrukturen.

In den kommenden fünf Jahren wird das Ziel verfolgt, alle Forschungsaktivitäten auf die Kernkompetenzen der Universität zu fokussieren und sowohl interne als auch externe Kooperationen und Netzwerke auszubauen und zu verbessern.


6Maßnahme 1: Schärfung des wissen-schaftlichen ProfilsDie Maßnahme zur Schärfung deswissenschaftlichen Profils der RWTHunterteilt sich in zwei Aktivitäten:„Stärkung der Naturwissenschaften“und „Förderung der interdisziplinärenForschung“:Die Teilmaßnahme Stärkung derNaturwissenschaften dient dem Ziel,die Naturwissenschaften als eine derKernkompetenzen der RWTH auszu-bauen und umzustrukturieren, um dieGrundlage für einen nachhaltigenAustausch mit den Ingenieurwissen-schaften zu gewährleisten. Einer derwesentlichen Aspekte, der diesenÜberlegungen zugrunde liegt, ist dieIntensivierung von Push-Pull-Effekten,in dem die Naturwissenschaften denIngenieurwissenschaften neue Anre-gungen liefern („push“) und auf An-forderungen der Ingenieurwissen-schaften reagieren („pull“). Außerdemsollen exzellente Nachwuchsforschermit adäquaten Mitteln angeworbenund innovative Ideen generiert wer-den. Die Umsetzung dieser Ziele er-folgt mithilfe von drei Instrumenten:

ein Seed Fund für Ausstattung und Infrastruktur,

die Einrichtung von Juniorprofes-suren, die auf bisher unbesetztenForschungsfeldern etabliert und alsAnreiz hälftig in eine Daueranstellung

überführt werden, sowieUndergraduate Funds, die den Fach-

gruppen zur Verfügung gestellt wer-den, um die Einbindung der Studie-renden in Forschungsprojekte zu ge-währleisten.

In der Teilmaßnahme „Förderungder interdisziplinären Forschung“ solldurch die Etablierung eines strukturier-ten Strategieprozesses die Identifika-tion und Etablierung zukünftiger inter-disziplinärer Forschungsfelder ange-regt werden. Besonders die stärkereAnbindung der Philosophischen Fakul-tät und der Fakultät für Wirtschaft-wissenschaften in die Ingenieur- undNaturwissenschaften steht dabei imFokus. Ein zukünftiges Forschungsfeldwird im Bereich Molekular- undIngenieurwissenschaften entstehen.

In einem ersten Schritt werdenStrukturen aufgebaut, die Raum fürKreativität schaffen und die Generie-rung neuer zukunftsweisender Ideengewährleisten. Dazu wird der Explora-tory Research Space @ RWTH Aachengeschaffen – ein physischer Ort, indem Ideen entstehen, die durch einenSeed Fund unterstützt und in Pathfin-der Projects (Wegbereiter) von sechsbis zwölf Monaten Laufzeit umgewan-delt werden können. Pathfinder Proj-ects können nach dieser Periode alsProject Houses etabliert und durcheinen Boost Fund finanziert werden.Sie haben eine Laufzeit von etwa zweibis drei Jahren. Sind Project Houseszukunftsfähig, können sie sich nachdieser Laufzeit als Research Centresetablieren, die weitgehend durchDrittmittel finanziert werden. Diese

Ziel der RWTH ist, nicht nur die bestehenden Stärken zu stärken, sondern das Profil jeder einzelnen Fakultät zu schärfen und einen fachbereichsbezogenen Veränderungsprozess in Gang zu setzen.


7vier Elemente werden durch klar defi-nierte Leitungs- und Entscheidungs-strukturen unterstützt.

In der Anfangsphase werden zweiProject Houses etabliert:

Human Technology (HumTec): Indiesem Project House wird interdiszi-plinäre Spitzenforschung zwischen derPhilosophischen Fakultät sowie denIngenieur- und Naturwissenschaften in zunächst zwei festgelegten For-schungsbereichen “Values, Norms,Governance“ und “Behaviour, Com-munication, Acceptance“ betrieben.

Interdisciplinary ManagementPractice (IMP): IMP dient der interdis-ziplinären Kooperation zwischen Be-triebswirtschaft, Volkswirtschaft undden Kernforschungsbereichen derRWTH Aachen. In dem Project Housewerden zunächst zwei Forschungs-bereiche entwickelt: “InternationalProduction Networks“ und “BringingTechnologies to Markets“.

Maßnahme 2: Jülich-Aachen ResearchAlliance (JARA)Die RWTH Aachen und das For-schungszentrum Jülich (FZJ) habeneinen strategischen Kooperationsver-trag für zukunftsweisende For-schungsfelder geschlossen. Diesesstrukturelle Konzept einer neuartigenKooperationspolitik besteht aus einerbilateralen Koordination strategischerEntscheidungen auf Leitungsebene,gemeinsamer Entwicklung von Struk-turplänen und Forschungsprogram-men, gemeinsamer Auswahl undErnennung von Professoren (RWTH)und Direktoren (FZJ), gemeinsamerNutzung von Ressourcen und Ausstat-tung, gemeinsamer Lehre in interna-tionalen Master- und Promotionspro-grammen sowie einem Karrierepro-gramm für Studierende und Nach-wuchswissenschaftler.

Der JARA-Vertrag wird mit weite-ren Sektionen um entsprechende Ver-träge erweitert werden. Das JARA-Konzept soll als Modell für ähnlichePartnerschaften mit außeruniversitärenInstitutionen dienen. Die internationa-le Einbindung von JARA erfolgt zu-nächst durch ein Austauschprogrammfür Doktoranden, Bereitstellung vonMitteln für Nachwuchswissenschaftler(zum Beispiel für die Teilnahme aninternationalen Konferenzen), ein Post-doc-Programm zur Anwerbung voninternationalen Postdocs und ein Sab-batical Programm für Gastwissen-schaftler.


8 Inhaltlich ist JARA in der ersten Phasein drei Sektionen aufgeteilt:

JARA-SIM:Simulationswissenschaft,

JARA-BRAIN: TranslationaleHirnforschung,

JARA-FIT: ZukunftweisendeInformationstechnologie.

Jede JARA-Sektion wird von einemLeitungskomitee geführt und voneinem wissenschaftlichen Beratungs-komitee unterstützt. Am 8. November2007 erfolgte die Vertragsunterzeich-nung zur Gründung einer weiterenJARA-Sektion mit dem SchwerpunktEnergie.

JARA-SIM: Die Sektion JARA-SIM befasst sich mitder Weiterentwicklung von Modellie-rungs-, Simulations- und Optimie-rungstechniken. JARA-SIM verbindetexzellente Forschung in Natur- undIngenieurwissenschaften mit der Aus-bildung von exzellentem Nachwuchsim Bereich der Simulation. Das Centerfor Computational Engineering Science,die im Rahmen der Exzellenzinitiativegeförderte Graduiertenschule AICESund die German Research School forSimulation Science (GRS) sind in dieSektion eingebunden. Über die Koo-peration besteht die Möglichkeit, aufdie Supercomputer-Infrastruktur derweltweit höchsten Leistungsklasse desFZJ zurückzugreifen.

JARA-BRAIN:Ziel von JARA-BRAIN ist es, neueStrategien zur Prävention, Diagnoseund Therapie psychischer und neuro-logischer Hirnerkrankungen zu ent-wickeln sowie die Ergebnisse rasch indie klinische Erprobung, Anwendungund Prävention zu übertragen. Dabeiist ein Element die Etablierung von“Clinical Scientists“ – Wissenschaft-lern, die klinische Kompetenzen imBereich psychiatrischer und neurologi-scher Krankheiten mit Kenntnissen derneurowissenschaftlichen Bildgebungverbinden. Für die Einführung solcherPositionen ist die Einrichtung mehrererJuniorprofessuren vorgesehen.

JARA-FIT:Im Rahmen von JARA-FIT wird dieKooperation im Bereich zukünftigerSysteme der Informationstechnologieauf ein neues Qualitätsniveau ge-bracht. Da bisherige Technologien inabsehbarer Zukunft an physikalischeund technologische Grenzen stoßen,müssen neue Materialien und Kon-zepte entwickelt und erforscht wer-den. Zusätzlich zu den beteiligten Ins-tituten des Forschungszentrums Jülichund der RTWH Aachen werden zweiNachwuchsforschergruppen eingerich-tet, die in den Bereichen Theorie bzw.Experiment eine Brückenfunktion zwi-schen den Institutionen erfüllen.


9Maßnahme 3: Mobilising People

Ziel der Maßnahme “Mobilising People“ist die Einführung eines kohärentenPersonal- und Organisationsentwick-lungskonzeptes unter Berücksichti-gung eines Diversity-Ansatzes. Es gilt,kulturelle Vielfalt als Ressource zu er-kennen und in alle Bereiche der Hoch-schule zu integrieren, um so interna-tional hochqualifizierte Studierende,Wissenschaftlerinnen und Wissen-schaftler zu gewinnen und an der Uni-versität zu halten. Kernpunkt dieserMaßnahme ist die Einrichtung einerStabsstelle “Integration Team on HumanResources, Gender and DiversityManagement“. Um Gleichberechti-gung und kulturelle Vielfalt in Lehre,Forschung und Verwaltung zu fördern,soll das Team einen Überblick überpersonenbezogene Aktivitäten an derRWTH Aachen – von der Gewinnungvon Studierenden bis hin zur Betreu-ung von Alumni – erstellen, zu einerbesseren Koordination bestehenderAktivitäten beitragen und identifizierteLücken durch die Entwicklung geeig-neter Programme schließen. “Mobili-sing People“ startet mit fünf Program-men:

1. MINT-Kooperationsprogramm: Das Programm umfasst zwei Aspekte.Zum einen sollen Dissertationen zumThema “Gender and Diversity“ sowiefachdidaktische Promotionen an derSchnittstelle zwischen Schulunterricht

und aktueller Forschung in den Inge-nieurwissenschaften unterstützt wer-den. Diese Themen sollen über Lehrer-fortbildung in den Unterricht integriertwerden. Zum anderen sollen über einegezielte Rekrutierungspolitik für dieÜbergangsphase von der Schule zurUniversität mehr Schüler und vor allemauch Schülerinnen für die so genann-ten MINT-Fächer (Mathematik, Infor-matik, Naturwissenschaften und Tech-nik) begeistert und für ein Studiumgewonnen werden. Dazu werden vonDoktorandinnen und Doktorandenvorbereitete Summer Schools durchMentoringprogramme (SchoolTAN-DEM,TANDEMkids) ergänzt.

2. UROP: In dem “Undergraduate ResearchOpportunities Programme“ könnenbis zu 30 erfolgreiche Studierende proJahr projektbezogene Mittel beantra-gen, um an einem Institut ein Prakti-kum durchzuführen. Eine Datenbank,auf die Studierende der RWTH zugrei-fen können, ist die Basis des Program-ms, das auch für Studierende an Part-neruniversitäten in den USA und Ka-nada angeboten wird.

3. Anwerbung von hochtalentiertenAkademikerinnen und Akademikerndurch ein proaktives internationalesRekrutierungskonzept:Das Programm konzentriert sich zumeinen auf die Rekrutierung von Talentenauf Graduiertem- und Doktoranden-niveau, zum anderen auf Maßnahmenzur gezielten Anwerbung von Profes-

Es gilt, kulturelle Vielfalt als Ressource zu erkennen und in alle Bereiche der Hochschule zu integrieren, um so international hochqualifizierte Studierende, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu gewinnen und an der Universität zu halten.


10 sorinnen und Professoren. Durch dieseMaßnahmen soll unter anderem dieInternationalisierung der Fakultäten vor-angetrieben werden.

4. Starter Kits:Dabei handelt es sich um Trainings-module für neuberufene Professorinnenund Professoren und Personen für zu-künftige Leitungspositionen in der Hoch-schule (Dekanate, Dezernate etc.). DieModule umfassen ein reiches Angebotim Bereich Hochschulmanagement,Lehre, Führungskompetenz und Ähnliches.

5. Dual Career Programme:In Zusammenarbeit mit der StadtAachen, den Universitäten Köln undBonn, dem Forschungszentrum Jülichund anderen Kooperationspartnern wirdLebenspartnerinnen und -partnern vonneuberufenen Wissenschaftlerinnen undWissenschaftlern der RWTH die Mög-lichkeit zu einer befristeten Anstellunggegeben.

Maßnahme 4: Enhancing CorporateGovernanceMit dieser Maßnahme leitet die RWTHeinen Umstrukturierungsprozess aufLeitungsebene ein, in dem Entschei-dungsprozesse und das Mittelvertei-lungssystem gemäß neuer Leitungs-prinzipien neu definiert werden. DieKernelemente der Leitungsstrukturensind:

Die Einrichtung eines Strategierates: Die bestehenden Führungsstrukturenwerden durch einen Strategierat erwei-tert, der als zentraler Impulsgeber undKoordinationsinstrument zwischen Rek-torat und den Fakultäten die Umsetzungder strategischen Ziele der Hochschulesichern, die Hochschule in ihren Zu-kunftsplänen beraten und neue potenz-ielle Forschungsbereiche identifizierenwird. Der Strategierat setzt sich aushoch angesehenen Wissenschaftern derHochschule zusammen.

Professionalisierung desFakultätsmanagements und flexible leistungsorientierte Mittelverteilung für neuberufene Professoren:Durch die Einführung von neuem Ver-waltungspersonal in den Fakultäten so-wie einem Erfahrungsaustausch zwischender Zentralen Hochschulverwaltung undden Fakultäten soll eine weitere Profes-sionalisierung des Fakultätsmanagementserreicht werden. Die Ausstattung fürneuberufene Professoren wird an die Er-folge in Forschung und Lehre geknüpft.


11Neue Mittelverteilungspolitik zurFinanzierung neuer Ideen und zurProfilschärfung der Forschungsschwer-punkte der RWTH:Im Rahmen dieser Aktivität wird es neueinterne Fördermöglichkeiten wie “SeedFunds“ zur Förderung neuer, risikorei-chen Aktivitäten, “Boost Funds“ zumAusbau und zur Festigung etablierter,großangelegter Aktivitäten sowie“Bonus Funds“ zur Belohnung vonWissenschaftlern und Forschern alsAnsporn zur Bewerbung um hochdotier-te Drittmittelprojekte geben.

Durch ein gezieltes Qualitätsmana-gement- und Controllingsystem wird dieNachhaltigkeit des Zukunftskonzeptesgesichert, und zwar auch über die För-derungsperiode der Exzellenzinitiativehinaus.

Die RWTH Aachen ist sicher, mitdem Projekt “RWTH 2020: MeetingGlobal Challenges” die Forschung nach-drücklich zu fördern und die Wettbe-werbsfähigkeit im internationalen Maß-stab deutlich zu steigern. Insofern hatdie Exzellenzinitiative der RWTH Aachenwichtige Impulse auf ihrem Wege zueiner integrierten interdisziplinären Uni-versität gegeben und ermöglicht jetzteine konsequente Umsetzung. Die Dy-namik dieses konzertierten Aufbruchs indie Forschungs- und Wissenschaftsland-schaft von morgen gilt es jetzt zu nutzenund in die beschriebenen Maßnahmeneinfließen zu lassen.

Projektteam Exzellenzinitiative


12 Beim Thema Computational Engine-ering Science blicken mehrere Instituteder RWTH Aachen auf eine lange kons-truktive Zusammenarbeit zurück. DieGraduiertenschule „Aachen Institutefor Advanced Study in ComputationalEngineering Science“ (AICES) vereintdie breite fachliche Kompetenz dieserInstitute sowohl in der Forschung alsauch in der Lehre. Der wissenschaftli-che Schwerpunkt von AICES liegt aufder Analyse und dem Entwurf techni-scher Systeme in den Anwendungs-gebieten der beteiligten Institute: denMaterialwissenschaften, der Verfah-renstechnik, dem Verkehrswesen, derElektrotechnik, der Biomedizintechnikund den Geowissenschaften. Die Lö-sung der zugrunde liegenden inversenProbleme und Multiskalenproblemeerfordert den Einsatz innovativer rech-nergestützter Methoden zur Entwick-lung mathematischer Modelle, zur Kopp-lung von Modellen auf unterschiedli-chen Zeit- und Längenskalen und zumoptimalen Entwurf und Betrieb kom-plexer technischer Systeme.

Das Graduiertenprogramm bietetBachelor-Absolventen ein beschleunig-tes Promotionsverfahren. Dazu wirdeine kurs- und punktbasierte Master-phase mit einer intensiven Betreuungbei der Promotion kombiniert. Einwichtiges Element der Graduierten-schule ist die umfassende Unterstüt-zung für unabhängige Nachwuchsfor-schergruppen. AICES richtet drei Grup-pen ein und bietet neuen wie bereitsexistierenden Nachwuchsgruppenlei-tern und -leiterinnen die Gelegenheit,Promotionsstipendien aus AICES-

Die Graduiertenschule „Aachen Institute for Advanced Study in Computational Engineering Science“(AICES) bildet hochqualifizierte Doktoranden aus

Mitteln zu vergeben. Alle durch dieGraduiertenschule getragenen Promo-tionsstipendien werden in einem inter-nen wettbewerblichen Auswahlprozessvergeben. In diesem Prozess werdenbesonders qualifizierte Promovierendeverbindlich ausgewählt.

AICES wird unterstützt durch diebereits vorhandenen Aktivitäten ander RWTH Aachen im Bereich Compu-tational Engineering Science (CES),darunter das etablierte Bachelor- undMaster-Studienprogramm, dessen Kurs-angebot auch AICES-Teilnehmern und -Teilnehmerinnen offen steht. Das Cen-ter for Computational Engineering Sci-ence (CCES) dient als Kristallisations-punkt für die Forschungs- und Projekt-aktivitäten. Schließlich profitiert die Gra-duiertenschule von den neuen univer-sitätsweiten Verbesserungen in der Pro-motionsausbildung.

Das AICES-Programm zielt daraufab, ein integratives und hochgradiginterdisziplinäres, forschungsorientier-tes Ausbildungsprogramm für heraus-ragende Studierende anzubieten. DiesesProgramm läuft parallel zu den tradi-tionell ausgerichteten Promotionspro-grammen in Naturwissenschaften undMaschinenbau. AICES bietet allen Be-teiligten die Gelegenheit, solide Erfah-rungen mit neuen Konzepten der Pro-motionsausbildung in Ergänzung zuden bereits bestehenden Promotions-programmen aufzubauen. Eine nichtunerhebliche Anzahl von Doktorandenund Doktorandinnen aus den beteiligtenInstituten wird ebenfalls in die AICESStruktur integriert.

Der kürzere und koordiniertere Weg zur Promotion


Computersimulationen und neueVisualisierungstechniken der GraduiertenschuleAICES helfen, die Ursachen vonBlutschädigungen in mechanischenAssistenzsystemen für Herzen zu untersuchen.Im Bild der Prototyp einer implantierbarenBlutpumpe.

Ein wichtiges Element der Graduiertenschule ist die umfassende Unterstützung für unabhängige Nachwuchsforschergruppen.

Das AICES-Programm zielt darauf ab, ein integratives und hochgradig interdisziplinäres, forschungsorientiertes Ausbildungsprogramm für herausragende Studierende anzubieten.


14 Neben etablierten analytischen undexperimentellen wissenschaftlichenAnsätzen spielt das ComputationalEngineering eine wachsende Rolle undhat sich als eine dritte Säule in For-schung und Entwicklung etabliert. Fürden Bereich des Computational Enginee-ring sind folgende Entwicklungstrendsderzeit absehbar:

die wachsende Komplexität von physikalischen oder technischen Systemen (Komplexität),

die Betrachtung einer steigendenAnzahl interagierender Zeit- undLängenskalen (Multiskalen),

die Auseinandersetzung mit derZunahme interagierender, gekoppelterphysikalischer Phänomene (Multi-Physik),

die Suche nach optimalenEntwürfen und Auslegungen technischer Systeme (Optimierung).

Um sich mit diesen Trends ausein-ander zu setzen, fördert die Graduier-tenschule den Bereich des Computa-tional Engineering in drei entscheiden-den Bereichen:

1. Modellidentifikation unterstütztdurch modellbasierten Entwurf und modellbasierte Auswertung von Experimenten (MEXA).

2. Methoden zur Untersuchung von Skalenwechselwirkungen undSkalenvernetzung.

3. Methoden zur Optimierung technischer Systeme.

Diesen verschiedenen Zielsetzungenist gemein, dass sie Beispiele für inver-se Probleme sind. Inverse Problemeunterscheiden sich von den direktenanalytischen Problemen, die einen derEckpfeiler im Bereich Forschung undTechnik der letzten Jahrzehnte bilde-ten. In direkten rechengestützten Ana-lyse-Problemen ist die Systemausga-be festgelegt als ein Ergebnis der ge-gebenen Systemcharakteristika undder Inputs in direkter Analogie zu einerexperimentellen Analyse. Bei inversenProblemen hingegen werden System-inputs, -parameter oder andere inter-ne -charakteristika auf der Basis derBeobachtung und der Ergebnis-Mess-größen eines realen Systems oder dengegebenen Spezifikationen eines tech-nischen Systems mit gewünschten Ma-ßen festgelegt.

Der AICES-Lehrplan geht auf be-kannte Kritikpunkte bezüglich der Pro-motionsausbildung ein: das relativ hoheAlter von Promotionsstudierenden,eine etwaige Isolation während derPromotionsarbeit und unzureichendeinternationale Erfahrungen. Einigebestehende Initiativen, beispielsweisedie Graduierten-Kollegs (GRK) oderSonderforschungsbereiche (SFB) mitihren Doktorandengruppen, entschär-fen diese Kritikpunkte und verbesserndie Gegebenheiten für Promotionenan einzelnen Instituten. Die Graduier-tenschule AICES möchte verschiedenebestehende Bemühungen in einemstimmigen Rahmen miteinander ver-binden, um eine möglichst gute Unter-stützung für den gesamten Forschungs-bereich CES anbieten zu können. In

Eines der Kernelemente von AICES ist die Einrichtung eines Betreuungsteams für jeden Doktoranden und jede Doktorandin.


Wissenschaftler des Aerodynamischen Institutsbefassen sich im Rahmen der GraduiertenschuleAICES mit dem Lärmreduktionspotenzial fürTragfläche und Triebwerk eines Passagierflug-zeugs. Wichtigstes Werkzeug ist hierbei dienumerische Strömungssimulation.

AICES wird ein Programm angeboten,das interessant ist für Studierende ausder ganzen Welt, die einen Bacheloroder höheren Abschluss in den Berei-chen Mathematik, Natur- oder Inge-nieurwissenschaften vorweisen können.Für die Teilnehmer und Teilnehme-rinnen des Programms, unter ihnenauch die AICES-Stipendiaten und -sti-pendiatinnen, wird die Anfertigungder Masterarbeit gezielt mit den erstenSchritten der Promotionsforschungkombiniert und fokussiert so bereitsdie Thematik der späteren Doktorarbeit.

Das Promotionsprogramm ist gemäß derdritten Phase des Bologna-Prozessesgestaltet.

Eines der Kernelemente von AICESist die Einrichtung eines Betreuungs-teams für jeden Doktoranden undjede Doktorandin. Es umfasst einenverantwortlichen Betreuer (eine Nach-wuchswissenschaftlerin, einen Nach-wuchswissenschaftler), einen Co-Be-treuer (eine Professorin/einen Profes-sor), einen Mentor (einen erfahrenenPromotionsstudierenden) sowie einMitglied des AICES Service-Teams. Ein


16 spezielles Team stellt die intensive Be-treuung auf allen Ebenen sicher. Nach-wuchswissenschaftler und -wissenschaft-lerinnen werden als Betreuer eingebun-den, um den Kontakt zu den Promo-vierenden zu intensivieren, sie zu beglei-ten und gleichzeitig die Unabhängig-keit des wissenschaftlichen Nachwuchs-es nach der Promotion zu fördern.Eine zusätzliche Unterstützung bietetdas AICES Service-Team den Promo-vierenden direkt vor Ort.

Die Graduiertenschule wird zu-nächst zwei und später drei Nach-wuchsgruppen einrichten. Dies soll inThemengebieten erfolgen, die quer zubereits bestehenden Forschungsvor-haben verlaufen, um so neue Koope-rationen zu generieren. Denkbar sindThemengebiete wie die Optimierungvon verteilten Systemen, die kontinu-ierlich-diskrete Optimierung sowie neuentstehende Gebiete der Systemana-lyse. Diesen Nachwuchswissenschaft-lern wird mindestens eine Promo-tionsstelle, besetzt mit einem AICES-Stipendiaten, gewährt. Zusätzliche Pro-motionsstellen können in einem wett-bewerblichen Prozess zuerkannt wer-den. Außerdem werden die Gruppen-leiter ermutigt, eigene extern geförderteForschungsprojekte zu etablieren. Die Po-sition des Leiters der Nachwuchswissen-schaftler-Gruppe wird international ausgeschrieben. Ebenso wie im EmmyNoether-Programm der DeutschenForschungsgemeinschaft werden dieNachwuchswissenschaftler-Gruppen indie Partnerinstitute integriert, die the-matisch den engsten Bezug haben.

Marek Behr, Nicole Faber

Univ.-Prof. Marek Behr Ph.D.ist Inhaber des Lehrstuhls für Computergestützte AnalyseTechnischer Systeme undWissenschaftlicher Direktor der Graduiertenschule „Aachen Institute for Advanced Study in Computational Engineering Science“ (AICES).

Nicole Faber, M.A., ist Geschäftsführerin der Graduiertenschule.

www.aices.rwth-aachen.de


Berechenbare Modelle unterstützen das Designvon miniaturisierten, implantierbaren Blutpum-pen. Der dargestellte Titanimpeller dreht sich mit10.000 Umdrehungen pro Minute, daher ist einbesonderes Design erforderlich, um den Einflussauf die Blutzellen zu verringern.


18 Produzierende Unternehmen aus Hoch-lohnländern geraten im globalen Wett-bewerb zunehmend unter Druck durchNiedriglohnländer. Dies äußert sich bei-spielsweise in einem Anstieg der Ver-lagerungen von Fertigungsumfängen.Dieser Prozess gefährdet den Wohl-stand in Europa. Hinsichtlich des euro-paweiten Wandels zu einer Dienstleis-tungsgesellschaft muss die starke Ab-hängigkeit von Dienstleistungen im in-dustriellen Umfeld von der Produktionvor Ort berücksichtigt werden. Glei-ches gilt für Forschung und Entwick-lung. So führt die Abwanderung derProduktion auch zu einer nachfolgen-den Verlagerung von Dienstleistungs-,Forschungs- und Entwicklungstätig-keiten. Gerade in Deutschland kommtder Produktion eine besondere Rollezu. Ungefähr 45 Prozent der sozialver-sicherungspflichtigen Erwerbstätigenwerden dem produzierenden Gewerbezugerechnet. 6,7 Millionen Erwerbs-tätige oder 25 Prozent arbeiten imverarbeitenden Gewerbe. Weitere 4Millionen Erwerbstätige (15 Prozent)sind im Handel beschäftigt, der in vie-len Bereichen eng mit dem verarbei-tenden Gewerbe vernetzt ist. Um dieExistenz der westlichen Produktions-standorte zu sichern und ihre Hand-lungsfähigkeit im Wettbewerb zu ver-bessern, dürfen Länder mit hohenLohnkosten nicht diejenigen sein, diedem Wettbewerbsdruck ausgeliefertsind, sondern müssen die Wettbewer-bsarena aktiv gestalten. Um diese Zielezu erreichen, wird im Rahmen des vonBund und Ländern geförderten Exzel-lenzclusters an der RWTH Aachen die

„Integrative Produktionstechnik fürHochlohnländer“ entwickelt. Durchdie Auflösung der wesentlichen Span-nungsfelder in den Herausforderungender Produktion wird die Herstellungkunden- und marktgerecht individuali-sierter Produkte zu Preisen von Massen-ware bei minimalem Planungsaufwandangestrebt. Speziell auf Hochlohnlän-der zugeschnitten werden Konzepteund Methoden für wandelbare Orga-nisationen und Technologien in Pro-duktionssystemen entwickelt, die alleProduktionsfaktoren einschließlichmenschlicher Arbeitskraft adressierenund so signifikante Wettbewerbsvor-teile für Hochlohnländer realisierensollen.

Der Wettbewerb zwischen Produ-zenten in Hoch- und Niedriglohnlän-dern spielt sich typischerweise in zweiSpannungsfeldern ab: der Planungs-und der Produktionswirtschaftlichkeit.Produktionswirtschaftlich fokussierenNiedriglohnländer bisher vordergrün-dig auf Economies of Scale; in Hoch-lohnländern erfolgt notwendigerweiseeine Positionierung zwischen Econo-mies of Scale und Economies of Scope.In der zweiten Dimension, der Pla-nungswirtschaftlichkeit, bemühen sichdie Hersteller aus Hochlohnländernum eine kontinuierliche Optimierungder Prozesse mit entsprechend an-spruchsvollen, kapitalintensiven Pla-nungsinstrumenten und Produktions-systemen, während in Niedriglohn-ländern einfache, robuste wertstromo-rientierte Prozessketten als Lösungangesehen werden. Um einen nach-haltigen Wettbewerbsvorteil für

Neue Chancen für industrielle StandorteExzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“


Ein digitaler Planungstisch im Exzellenzcluster„IntegrativeProduktionstechnik für Hochlohnländer“:Wissenschaftler des Werkzeugmaschinen-labors (WZL) unterstützenFirmen bei der Neuplanung von Fabriken.


Produktionsstandorte in Hochlohn-ländern zu erzielen, reicht eine besserePositionierung innerhalb der beidenSpannungsfelder Economies of Scaleversus Economies of Scope sowie Pla-nungsorientierung im Gegensatz zuWertorientierung nicht mehr aus. DerSchlüssel zur Stärkung der Wettbe-werbsfähigkeit von Hochlohnländernbesteht vielmehr in einer weitgehen-den Auflösung der Spannungsfelder,die das sogenannte Polylemma derProduktion bilden.

Mit Hilfe eines CAD-CAM-Systems werden am Institut für Bildsame Formgebung imRahmen des Exzellenzclusters „IntegrativeProduktionstechnik für Hochlohnländer“schnell und wirtschaftlich Prototypen ebensowie kleine Serien komplizierter Blechbauteilehergestellt.

Die Gestaltung und der Betriebheutiger Produktentstehungskettenerfordert das Zusammenwirken einerVielzahl von Faktoren. Dabei wird dieWettbewerbsfähigkeit maßgeblichdurch den erreichten Grad einer hori-zontalen und vertikalen Integrationvon Produktentstehungsketten ge-prägt. Die wesentlichen fünf Gestal-tungsfelder einer Produktentsteh-ungskette sind die Organisation vonProduktionsbetrieben, die Produk-tionsmaschinen und Automatisierung,

Um die Existenz der westlichen Produktionsstandorte zu sichern und ihre Handlungsfähigkeit im Wettbewerb zu verbessern, dürfen Länder mit hohen Lohnkosten nicht diejenigen sein, die dem Wettbewerbsdruck ausgeliefert sind, sondern müssen die Wettbewerbsarena aktiv gestalten.


Virtuelle Produktionssysteme, entwickelt imExzellenzcluster „Integrative Produktionstech-nik für Hochlohnländer“, erhöhen die Wettbe-werbsfähigkeit – hier wird eine Werkzeug-maschine virtuell ausgelegt.

die Prozesstechnologien, die Werk-stoffe sowie die Informationstech-nologie. Die Qualität und Leistungs-fähigkeit der Produktentstehungs-kette, also der Geschäfts- und Pro-duktionsprozesse, wird durch dasZusammenwirken der einzelnen Ge-staltungfaktoren über alle Gestaltungs-felder hinweg bestimmt. Interdiszipli-narität und Integrativität sind daherSchlüsselfaktoren für eine Produktions-technik für Hochlohnländer und diedamit verbundene Auflösung des

Polylemmas der Produktionstechnik. Die integrative Produktionstechnik

betrachtet somit das Zusammenwirkenund die Wechselwirkungen der rele-vanten Gestaltungsfaktoren eines Pro-duktionssystems und konzentriert sichauf die Entwicklung der notwendigenAnsätze, Methoden und Technologien,die eine Umsetzung von integrativenAnsätzen zur Auflösung des Polylem-mas der Produktionstechnik in der be-trieblichen Praxis ermöglichen. Hierzuwerden kohärente Beschreibungs- und


22 Erklärungsmodelle sowie geeignete Ge-staltungsansätze und methoden mitder zur Umsetzung notwendigen Werk-zeugen und Technologien entwickelt.Langfristiges Ziel ist die Entwicklungeiner ganzheitlichen, wissenschaftlichenTheorie der Produktionswissenschaft.

Der Ausbau wertschöpfender Pro-duktionsaktivitäten in Hochlohnländernerfordert eine stärkere Fokussierung der produktionswissenschaftlichenForschung auf relevante Handlungsfel-der. Die Bewertung eines Forschungs-ergebnisses wird dabei neben der Er-gebnisqualität auch Faktoren der volks-wirtschaftlichen Relevanz mit einbezie-hen. Dieses Kriterium beinhaltet eineBewertung des Branchenfokus und derBedeutung der gewählten Branche fürdie Volkswirtschaft sowie die Berück-sichtigung praxisrelevanter Anforde-rungen aus dem industriellen Alltag.

Für die nachfolgenden Ausführun-gen sollen daher einige der für Deutsch-land primär relevanten Branchen derproduzierenden Industrie zur Erläute-rung der Ansätze einer integrativenProduktionstechnik in den Vorder-grund gestellt werden. Im Einzelnensind dies:

Automobilindustrie: Fahrzeugproduktion einschließlich dervorgelagerten Wertschöpfungskettender Zulieferer.

Luftfahrtindustrie:Entwicklung, Herstellung, Verarbei-tung und Montage von Flugzeugen und ihren Komponenten. Maschinen-und Anlagenbau.

Energietechnik: Herstellung der Komponenten von Verdichtern und Turbinen.

Diese Branchen stehen in Deutschlandinnerhalb des verarbeitenden Gewer-bes für fast 30 Prozent des Nettopro-duktionswertes und zählen zu den Hoch-technologiebranchen in der Produk-tionstechnik.Neben dieser branchen-bezogenen Fokussierung stellt sich dieFrage nach den relevanten Produkt-segmenten einer Produktionstechnikin Hochlohnländern. Hierbei müssenzwei Betrachtungsperspektiven unter-schieden werden:

Produktionstechnik als Produkt: Produktionstechnik kann im Sinne vonMaschinen, Geräten, Informations-technik und entsprechenden Dienst-leistungen als Produkt aufgefasst wer-den, das weltweit vertrieben wird.

Produktionstechnik als Mittel zurHerstellung von Produkten: Bei dieser Betrachtungsperspektivesteht das Produktionssystem im Vor-dergrund, mit dem in Hochlohnlän-dern unterschiedliche Produkte herge-stellt werden. Sie umfasst die unter-schiedlichen Aspekte der oben genann-ten Gestaltungsfaktoren. Eine nachhal-tig erfolgreiche Strategie für die Ent-wicklung der produzierenden Industriein Hochlohnländern sollte dabei beidePerspektiven gleichermaßen berück-sichtigen. Die in Hochlohnländern ent-wickelte Produktionstechnik musssowohl die Märkte in Hoch- als auchNiedriglohnländern adressieren.

Interdisziplinarität und Integrativität sind daher Schlüsselfaktoren für eine Produktionstechnik für Hochlohnländer und die damit verbundene Auflösung des Polylemmas der Produktionstechnik.


23Darüber hinaus geht es darum, Gestal-tungskonzepte zur Erschließung vonlangfristigen Wettbewerbsvorteilen fürin Hochlohnländern produzierende Un-ternehmen zu finden.

Christian Brecher, Frank Possel-Dölken,Lutz Schapp

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Brecher ist Sprecher des Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ und hat den Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen inne.

Dr.-Ing. Frank Possel-Dölken ist Geschäftsführer des Exzellenzclusters.

Dipl.-Ing. Lutz Schapp wird ab Januar 2008 die Geschäftsführung des Exzellenzclusters übernehmen.

www.production-research.de

Langfristiges Ziel ist die Entwicklung einer ganzheitlichen, wissenschaftlichen Theorie der Produktionswissenschaft.


24 Zu Beginn der 90er Jahre waren Mobil-telefone noch sehr exklusive Geräte füreinen kleinen Kreis von Nutzern, dervor allem aus Geschäftsleuten bestand.Das Internet wurde gerade erst öffent-lich zugänglich und 1993 nahm dererste grafikfähige Webbrowser seinenDienst auf. Heute, rund 15 Jahre später,gibt es in Deutschland genauso vieleregistrierte Mobiltelefone wie Einwoh-ner und das Internet wird auch in Pri-vathaushalten intensiv genutzt. DieWeiterentwicklung der Mobilfunksy-steme zielt vor allem auf Datendienste.In Zukunft wird die mobile Datenüber-tragung im Vergleich zu den Sprach-verbindungen deutlich wachsen. DasInternet wird mobil. Eine Vielzahl neuer„mobiler“ Anwendungen und Dienstewerden entstehen.

Der Mobilfunk hat gegenüber demFestnetzzugang aber mit besonderenProblemen zu kämpfen. Auf Grund derbestehenden Beschränkungen derBandbreite, der wechselnden Übertra-gungsqualität und der Mobilität ist eswesentlich schwieriger, hohe Daten-raten zu übertragen. Noch problemati-scher ist es, vielen Nutzern in einemenger begrenzten Gebiet gleichzeitighohe Datenraten zur Verfügung zu stel-len. Heutige Systeme versprechen zwarschon Werte im DSL-Bereich, also zweiMegabits pro Sekunde. Diese Wertekönnen aber nur unter idealen Bedin-gungen erreicht werden, die praktischfast nie gegebenen sind. Mobile Infor-mations- und Kommunikationssystemeder Zukunft müssen um Größenord-nungen bessere „Dienstgüten“ errei-chen als heutige Systeme. Gemessen

wird diese Dienstgüte unter andereman den tatsächlich erreichten Daten-raten, an kurzen Antwortzeiten und ander Verbindungsverfügbarkeit und -zu-verlässigkeit. Gleichzeitig müssen dieNutzungsentgelte günstig sein, damitneue Anwendungen auch angenom-men werden.

Genau dieser Herausforderungennimmt sich der Exzellenzcluster UMIC:„Ultra High-Speed Mobile Informationand Communication“ (Mobile Informa-tion und Kommunikation mit höchstenDatenraten) an. Weiterentwicklungen inden verschiedenen Teilgebieten werdendabei deutliche Verbesserungen brin-gen. Um die erforderlichen großen Fort-schritte zu erreichen, ist aber eine engeinterdisziplinäre Zusammenarbeit derbeteiligten Disziplinen erforderlich.

Die UMIC-Forschung wird von drei Pfeilern getragen:„Mobile Applications and Services“behandelt anspruchsvolle Schlüsselan-wendungen und deren Wechselwir-kungen mit der mobilen Funkübertra-gung. „Wireless Transport Platform“umfasst Funknetzarchitekturen undEndgeräte. „RF Subsystems und SoCDesign“ befasst sich mit dem Entwurfhochkomplexer analoger und digitalerSchaltungen.

In allen Forschungsbereichen wer-den neuartige formale Methoden undSoftware-Werkzeuge für den Entwurf,die Optimierung und den Betrieb vonKomponenten und Systemen einge-setzt, die im übergreifenden Bereich„Cross Disciplinary Methods and Tools“erforscht werden.

Die Zukunft der mobilenDatenübertragungDer Exzellenzcluster “Ultra High-Speed Mobile Information and Communication” (UMIC)


Architekturen höchstintegrierter Systeme sindein Forschungsthema des ExzellenzclustersUMIC. Im Bild ein Wafer des Lehrstuhls fürAllgemeine Elektrotechnik.

Es hat sich wiederholt gezeigt, wieschwierig Vorhersagen zu treffen sind,welche Anwendungen und Dienste imMarkt erfolgreich sein werden und wel-che sich nicht durchsetzen können. Zu-künftige Systeme müssen vielfältigeNutzungsmöglichkeiten bieten. KreativeKöpfe werden auf dieser Basis interes-sante neue Anwendungen entwickeln,die wir uns teilweise heute noch garnicht vorstellen können. Dieses For-schungsgebiet befasst sich daher mit

Anwendungstypen wie beispielsweiseder mobilen Multimediaübertragungmit hoher Qualität oder der Peer-to-Peer-Kommunikation, bei der die Infor-mation von einer großen Nutzerzahlgeliefert wird und dann wiederum vie-len Anwendern kontextabhängig zurVerfügung steht.

Das Rückgrat zukünftiger Mobil-funkplattformen sind intelligente, mobi-le, breitbandige und kostengünstigeSysteme, die die jeweiligen Umge-


26 bungsbedingungen und Situationen er-kennen, die optimalen Übertragungs-formen bestimmen und sich entspre-chend anpassen. Dabei müssen die Sy-steme permanent ausgewogene Kom-promisse zwischen widerstrebendenAnforderungen wie Datenraten, Reich-weite und Energieaufnahme finden. Umzukünftige höchstratige Dienste zu ak-zeptablen Preisen anbieten zu können,sollten diese Systeme kostengünstig her-zustellen, zu installieren und zu betrei-ben sein. Sie müssen daher flexibel,selbstkonfigurierend und hochintegrier-bar sein.

Eine besondere Herausforderung für die Höchstintegration sind flexibleHochfrequenz-Teilsysteme, die es denmobilen Endgeräten ermöglichen, dasjeweils optimale Übertragungsverfahrenzu wählen. Die digitalen Teilsystemewerden zukünftig aus einer größerenAnzahl parallel arbeitender Prozessoren(Rechnerkerne) bestehen, die eine Viel-zahl unterschiedlicher Signalverarbei-tungsaufgaben und Anwendungen aus-führen können. Der Entwurf solch kom-plexer Systeme stellt aber ebenfalls eineäußerst große Herausforderung dar.Auch Methodiken und Werkzeuge fürden Entwurf müssen daher signifikantweiterentwickelt werden. Da diese Sy-steme nur auf der Basis zukünftiger Sili-zium-Technologien hergestellt werden,liegt es nahe, deren zu erwartende Mög-lichkeiten und Nachteile schon jetzt zuberücksichtigen.

Methoden und Werkzeuge, die alleForschungsbereiche von UMIC betref-fen, sind unter anderem Verhalten undZuverlässigkeit komplexer Systeme,

Datenschutz und Datensicherheit sowieEnergieeffizienz. Ein wesentlicher neuerAspekt der UMIC-Forschung ist die in-terdisziplinäre Zusammenarbeit derGruppen. Auf dieser Ebene könnenunterschiedliche Erfahrungen undSichtweisen in die Problemanalyse ein-gebracht werden, um so neue Lösungenzu finden und diese dann in allen Ebenenzu nutzen.

Ein wesentliches Element der For-schung in den Ingenieurdisziplinen sindMachbarkeitsnachweise, mit deren Hilfebeispielsweise überprüft wird, ob einetheoretisch vorhergesagte Verbesse-rung tatsächlich erzielt werden kannoder ob sie möglicherweise durchunvorhergesehene Effekte überkom-pensiert wird. Der Bau kompletter Sy-stem-Prototypen würde den Rahmeneines Forschungsclusters sprengen.Daher liegt der Fokus auf dem Baubesonders kritischer und neuartigerKomponenten und der Verifikation derKonzepte mit skalierten Prototypen unddurch Simulationen.

Neben der Förderung von For-schungsarbeiten ermöglicht der Clusterauch Verbesserungen der Infrastruktur:Mit dem UMIC-Lab wird ein neues Ge-bäude errichtet. Dort können die inter-disziplinären Forschungsteams gemein-sam arbeiten. Außerdem werden dortdie entwickelten Komponenten undSimulatoren zu einem gemeinsamenPrototyp-System integriert, das einer-seits der Forschung dient, andererseitsaber auch hilft, Besuchern aus Industrieund Wissenschaft die Forschungsarbei-ten zu veranschaulichen. Die Förderungdes Clusters läuft zunächst über fünf

Eine besondere Herausforderung für die Höchstintegration sind flexible Hochfrequenz-Teilsysteme, die es den mobilen Endgeräten ermöglichen, das jeweils optimale Übertragungsverfahren zu wählen.


RWTH-Wissenschaftler erarbeiten die Konzeptefür die nächste Generation des Mobilfunks. Die Teilprojekte des Exzellenzclusters UMICumfassen unter anderem Übertragungstechnik,Funknetzarchitekturen und Anwendungen.

Jahre. Schon bei der Antragstellunghaben zahlreiche namhafte Firmen ausdem Mobilfunkbereich großes Interessean UMIC gezeigt und ihre Absicht be-kundet, sich an dem Cluster zu beteili-gen. Es ist ein wichtiges – und nachÜberzeugung der Beteiligten – erreich-bares Ziel, die Fortführung der Aktivi-täten gegebenenfalls auch ohne öffent-liche Förderung und nur mit eingewor-benen Drittmitteln zu sichern – ein Ziel,das auch im Sinne der Nachhaltigkeitder Exzellenzinitiative ist.

Gerd Ascheid

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Gerd Ascheid hat den Lehrstuhl für Integrierte Systeme der Signalverarbeitung (ISS) inne und ist Koordinator des Exzellenzclusters UMIC an der RWTH Aachen.

www.umic.rwth-aachen.de

Mit dem UMIC-Lab wird ein neues Gebäude errichtet. Dort können die interdisziplinärenForschungsteams gemeinsam arbeiten.


28 Der stetige Anstieg des Energiebedarfsund damit auch der Kohlendioxidemis-sion (CO2) bei beschränkter Verfüg-barkeit fossiler Energiereserven stellteine der größten gesellschaftlichen Her-ausforderungen dar. Damit gewinntdie Forschung auf dem Gebiet der ener-getischen Nutzung von nachwachsen-den Rohstoffen zunehmend an Bedeu-tung, um Ersatz für die Nutzung fossi-ler Energiequellen zu schaffen.

In der Europäischen Union beträgtder Anteil des Verkehrs am Gesamt-energieverbrauch etwa 30 Prozent.Für den Zeitraum zwischen 2000 bis2030 wird ein weiterer Anstieg desEnergiebedarfs erwartet – im Personen-verkehr um 14 Prozent und im Güter-verkehr um 74 Prozent. Auf Grundihrer speziellen Anforderungen hin-sichtlich Verteilung, Speicherung, Auf-bereitung und Verbrennung stellenKraftstoffe für den Transportsektoreine besondere Herausforderung dar.Hier sind erfolgreiche Forschungs-arbeiten auf dem Gebiet der alternati-ven Kraftstoffe für den Verkehrssektordringend erforderlich.

Der Exzellenzcluster „Maßgeschnei-derte Kraftstoffe aus Biomasse“ verfolgtvor diesem Hintergrund einen interdiszi-plinären Ansatz zur Erforschung neuer,synthetischer Kraftstoffe auf Basis vonBiomasse. Gezielte synthetische Um-wandlungspfade, basierend auf neu-en katalytischen Systemen und inte-grierten Produktionsprozessen mit in-tensivierten Prozessschritten zur Kraft-stoffherstellung, werden erforscht, umso auf möglichst effiziente Weise opti-mierte Kraftstoffe aus Biomasse zu

entwerfen. Durch die Formulierungneuer Kraftstoffe mit spezifisch zuge-schnittenen Eigenschaften soll das Po-zential effizienter und sauberer Nieder-temperaturbrennverfahren für Verbren-nungsmotoren erforscht werden.

„Die Definition von maßgeschnei-derten Biokraftstoffen mit optimiertenEigenschaften für neue Brennverfah-ren unter Berücksichtigung der Her-stellung stellt eine gemeinsame Heraus-forderung für die Chemo- und Bio-katalyse, die Prozess- und System-technik, die Verbrennungsforschungund die Motorentechnik dar“, soUniv.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischingervom RWTH-Lehrstuhl für Verbren-nungskraftmaschinen und Koordinatordes Exzellenzclusters. Mit dem zu er-forschenden neuen selektiven Prozesszur Umwandlung des gesamten Pflan-zenmaterials (Lignozellulose) in maß-geschneiderte Kraftstoffkomponentenwird dieser Exzellenzcluster Basis seinfür die dritte Generation biogenerKraftstoffe. Diese Kraftstoffe – ganzim Gegensatz zu vielen heutigen Bio-kraftstoffen – werden dabei nicht imWettbewerb zur Nahrungsmittelkettestehen.

Der disziplinübergreifende For-schungsansatz folgt einem modellba-sierten Verfahren: Ausgewählte Kraft-stoffkomponenten mit maßgeschnei-derten Eigenschaften werden von denAnforderungen des Verbrennungs-prozesses abgeleitet. Die Definitiondieses Kraftstoffs wird von dem For-schungserfolg attraktiver katalytischerUmwandlungspfade und dem Auf-wand für deren Produktion abhängen.

Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus BiomasseDie RWTH Aachen gründet ein Kompetenzzentrum für Kraftstoff-Design


Der Exzellenzcluster „MaßgeschneiderteKraftstoffe aus Biomasse“ ist beispielhaft fürdie Intensivierung der Kooperation zwischenNatur- und Ingenieurwissenschaften an derRWTH Aachen. Im Bild ein Labor des Institutsfür Technische und Makromolekulare Chemie.

„Nur die enge Vernetzung der unter-schiedlichen Disziplinen – das heißtder Chemie, der Verfahrenstechnikund der Verbrennungstechnik – schafftdie Voraussetzung zur systematischoptimierten Lösung, die von einerDisziplin alleine nicht dargestellt wer-den kann“, so Professor Pischinger.

Das gemeinsam gegründeteKompetenzzentrum Kraftstoff-Design(Fuel Design Center) dokumentiert dieenge Zusammenarbeit von Wissen-schaftlern aus der naturwissenschaftli-chen Fakultät und der Fakultät fürMaschinenwesen der RWTH sowie

den beteiligten Partnerinstitutionen:dem Aachener Fraunhofer-Institut fürMolekulare Biotechnologie und Ange-wandte Ökologie sowie dem Max-Planck-Institut für Kohlenforschung inMühlheim an der Ruhr. Das Fuel DesignCenter baut auf langjährige, erfolgrei-che Forschung in den relevanten Gebie-ten. Etwa 130 der über 400 Professorender RWTH Aachen lehren und forschenin den Bereichen Natur- und Ingenieur-wissenschaften. Dazu sind derzeit über500 Wissenschaftler, unterstützt vonetwa 400 technischen Angestellten undetwa 250 studentischen Mitarbeitern,

Eine gemeinsame Herausforderung für die Chemo- und Biokatalyse, die Prozess- und Systemtechnik, die Verbrennungsforschung und die Motorentechnik


30 in diesen Bereichen tätig. Es wird aufdie bestehende Infrastruktur und aufaktuelle Forschungsarbeiten von fünfSonderforschungsbereichen, drei Gra-duiertenschulen und einem DFG-Schwer-punktprogramm aufgebaut. Mit demZusatzbudget der Exzellenzinitiativewerden etwa 80 neue wissenschaftli-che Stellen geschaffen, um das diszi-plinenübergreifende Forschungsfeld„Maßgeschneiderte Kraftstoffe ausBiomasse“ zu stärken.

Um die hochgesteckten Forschungs-ziele zu erreichen, sind im Rahmen desFuel Design Centers drei fachübergrei-fende Forschungsfelder definiert: Mole-kulare Transformation, Reaktions- undProzess-Design für nachwachsendeRohstoffe und Kraftstoffeinspritzungund Verbrennung. Das integrativeForschungsfeld „Molekulare Trans-formation”, das von Univ.-Prof. Dr.Walter Leitner koordiniert wird, kon-zentriert sich auf die gezielte Umset-zung biogener Substrate aus den Roh-stoffströmen Cellulose, Hemicelluloseund Lignin zu molekular definiertenKomponenten eines maßgeschneider-ten Kraftstoffs. Die Erforschung aus-gewählter molekularer Stoffumwand-lungen auf Basis der Katalyse als Schlüs-seltechnologie wird im Mittelpunkt derForschung stehen. „Aufgrund der Kom-plexität der erforderlichen Stoffum-wandlungen sollen die komplemen-tären Vorzüge der drei wichtigstenKatalysedisziplinen – homogene, hete-rogene und Bio-Katalyse – in einemintegrierten Ansatz von der molekula-ren bis zur mesoskopischen Skala aus-gelotet werden“, so Professor Leitner.


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Forschung im Cluster „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse”:Einstellen des Steuerungssystems amEinzylinder-Forschungsmotor im Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen.


32 Das integrative Forschungsfeld „Reak-tion- und Prozesstechnik für nach-wachsende Rohstoffe” untersuchtzentrale Fragen auf dem Wege zueiner neuen Verfahrenstechnik für dieHerstellung von Kraftstoffen aus nach-wachsenden Rohstoffen. „Der Schwer-punkt liegt dabei auf integrierten Pro-zessen und intensivierten Apparaten.Zunächst werden Prozesse zur selekti-ven Umsetzung von Biomasse zu Sub-straten bearbeitet. Darauf aufbauendwird später die Weiterverarbeitung zuKraftstoffkomponenten betrachtet”,schildert Univ.-Prof. Dr. WolfgangMarquardt als Sprecher dieses For-schungsfelds. Univ.-Prof. Dr.-Ing.Norbert Peters, Sprecher des drittenintegrativen Forschungsfeldes “Kraft-stoffeinspritzung und Verbrennung”,erläutert, dass „maßgeschneiderteKraftstoffe aus Biomasse eine noch nieda gewesene Gelegenheit bieten, denEnergiewandlungsprozess in Verbren-nungsmotoren neu zu gestalten“. Erfügt hinzu: „Die beiden traditionellenMotortypen, der Otto- und der Diesel-motor, wurden zur Verwendung derleichter oder der schwerer siedendenAnteile flüssiger Kohlenwasserstoffeentwickelt, die aus Rohöl destilliertwerden können. Indem der Kraftstoffaus Biomasse im Hinblick auf die An-forderungen des Motors maßgeschnei-dert wird, kann man Brennverfahrenrealisieren, an die man bisher nichthätte denken können.“ Beispielsweisewird für den Dieselmotor die Selbst-zündung höherer Kohlenwasserstoffeaufgrund der Niedrigtemperaturkinetikals günstig angesehen, aber als schäd-

lich für den Ottomotor, weil dieselbeKinetik für das Klopfen verantwortlichist. Maßgeschneiderte Kraftstoffe mitunterschiedlicher Temperatur- undDruckabhängigkeit der Selbstzündki-netik könnten imstande sein, diesenWiderspruch zu lösen. „Diese oderandere Eigenschaften, die sich vondenen konventioneller Kraftstoffeunterscheiden, könnten es ermögli-chen, ein neues Brennverfahren zuentwickeln, das gemeinsame Eigen-schaften zukünftiger Otto- und Diesel-motoren teilt“, fasst Prof. Pischingerzusammen.

In dem übergreifenden Quer-schnittsthema “Fuel Design“ werdenalle Aktivitäten der beschriebenenForschungsfelder gebündelt, um denmaßgeschneiderten Kraftstoff ausBiomasse zu definieren. Das gezielteKraftstoff-Design erfordert eine ge-meinsame Herangehensweise allerbeteiligten Forschungsfelder und um-fasst sowohl das Design der Stoffum-wandlungsprozesse sowie die Opti-mierung der energetischen Umsetzungim Verbrennungsmotor. Nur durch einsystematisches Vorgehen, unterstütztdurch den gezielten Einsatz mathema-tischer Modelle und Methoden, kön-nen die Potenziale des gezieltenDesigns neuer Kraftstoffkomponen-ten genutzt werden. Die zu ent-wickelnden methodischen Ansätzedienen nicht nur der Auswahl der viel-versprechendsten bekannten Kompo-nenten, sondern vor allem auch derIdentifikation neuer Kraftstoffkompo-nenten. Hier ist das Exzellenzcluster„Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus

...könnten es ermöglichen, ein neues Brennverfahren zu entwickeln, das gemeinsame Eigenschaften zukünftiger Otto- und Dieselmotoren teilt.


33Biomasse” durch die Bündelung derKompetenzen der verschiedenen For-schungsgebiete bestrebt, Synergien immethodischen und wissenschaftlichenLösungsansatz zu schaffen. Die RWTHAachen wird die Kompetenzen in einemgemeinsamen “Fuel Design Center“ mitüber 1.000 Quadratmeter Laborflächebündeln. Darüber hinaus ist geplant,zwei neue Professuren einzurichtensowie fünf Juniorprofessoren, um soeine strukturelle Nachhaltigkeit zu ge-währleisten.

Um eine kritische Überprüfung derForschungsarbeiten sicherzustellen,wurde schon in der Antragsphase einmit international renommierten For-schern besetztes Advisory Board beru-fen. Beteiligt sind auf ähnlichen The-mengebieten tätige Wissenschaftler,etwa der Princton University, der YaleUniversity oder des MIT. Darüber hin-aus sind Industrievertreter aus der che-mischen Industrie wie Bayer, aus derPetrochemie wie BP oder Shell sowieaus dem Automobilbereich wie Daim-ler, Ford, Volvo und VW in das Advi-sory Board eingebunden. Durch dieseexternen Partner wird ein direktes Feed-back im Hinblick auf eine spätere Um-setzung eingebracht. Schließlich sollendie Forschungsergebnisse nicht nur inLehrveranstaltungen eingebunden wer-den, sondern es soll idealerweise eindirekter Transfer der Forschungsergeb-nisse in die industrielle Anwendunggeprüft werden.

Für 2008 ist ein erster internationa-ler Workshop zum Thema “Tailor-Made Fuels from Biomass“ in Aachengeplant. Neben den Forschern des

Exzellenzclusters werden als Rednerauch weltweit renommierte Wissen-schaftler sowie Industrievertreter ein-geladen, um so einen engen wissen-schaftlichen Austausch zu etablierenund zu pflegen.

Die Voraussetzungen für den Er-folg des Exzellenzclusters sind für dieRWTH Aachen und die Partnerinsti-tutionen einmalig, nicht zuletzt weildie fachgebietsübergreifende For-schung in Aachen als der Universitätmit dem höchsten Anteil an drittmit-telfinanzierter Forschung deutschland-weit – 150 Millionen des Gesamtbud-gets von 540 Millionen Euro – bereitseine lange Tradition hat.

Michael Wittler,Martin Müther,Toni Wimmer

Dipl.-Ing. Michael Wittlerist Oberingenieur am Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinender RWTH Aachen.

Dipl.-Ing. Martin Müther ist Geschäftsführer des Exzellenzclusters „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse”.

Toni Wimmer ist Leiter des Dezernats für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit der RWTH Aachen.

„RWTH Aachen im Exzellenzwettbewerb“ herausgegeben im Auftrag des Rektors der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen durch das Dezernat Presse- und ÖffentlichkeitsarbeitTemplergraben 5552062 AachenTelefon 0241/80-943 22Telefax 0241/80-923 [email protected]

Redaktion:Toni Wimmer

Art Direktion:Klaus Endrikat

DTP:ZahrenDesign

Fotos:Peter WinandyMartin Lux (Seite 2/3)

Titel:Ein Forschungsthema derGraduiertenschule AICES ist die lückenlose Qualitätskontrolle bei der Werkstoffherstellung in der pharmazeutischen Industrie, hier durch die Online-Charakteri-sierung von Kristallen.

Rücktitel:Wissenschaftler der Graduiertenschule AICES entwickeln Methoden zur Echtzeitoptimierung. Damit lassen sich Abläufe bei der Kaffeezubereitung ebenso wie großchemische Verfahren optimieren.

Druck:Verlag Grenz-Echo, Eupen

Aachen, November 2007

Impressum


RWTH Aachen im Exzellenzwettbewerb

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