Univ.-Prof. Dr.-Ing. Detlef Gerhard
 

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Detlef Gerhard - Ruhr-Universität Bochum

Ganzheitliche Betrachtung des Zusammenwirkens von Methoden, Werkzeugen, Modellen und Prozessen

Digital Engineering adressiert das ideale Zusammenwirken von Methoden (systematisches Vorgehen), Werkzeugen (funktionale IT Verfahren), Modellen (geeignete Repräsentationen) und Prozessen (abgestimmte Ablaufschritte) bei Entwicklung, Herstellung und Betrieb von technischen Systemen. In der Forschung beschäftigen wir uns mit Gestaltung dieses Zusammenwirkens, insbesondere unter Nutzung der technologischen Treiber wie beispielsweise IoT, Advanced Data Analytics, Artificial Intelligence, Machine Learning, Cloud Services/Platforms. 

Unsere Forschungsschwerpunkte bilden die nachfolgend aufgelisteten Themen-Cluster mit einem Anwendungsfokus auf Cyber-Physical Production Systems (CPPS) und Product Service Systems (PSS): 

Product Lifecycle Information Management

  • Modell-Repräsentationen für Struktur, Funktion, Verhalten, Geometrie, etc. (Digital Twin, MBSE)
  • Informationsdurchgängigkeit (Digital Thread/Traceability) und föderiertes Informationsmanagement 
  • Product Lifecycle Intelligence – PLI
  • Datenräume und Datensouveränität

Advanced Engineering Tools & Assistance Systems

  • Generative KI in Engineering Werkzeugen (Synthese)
  • Performance/Simulation Driven Design und Optimierung
  • Engineering Workflow Automation
  • Model Based Systems Engineering (MBSE)
  • Graphbasierte Entwurfssprachen

Mixed Reality Applications & MR Content Management

  • Anbindung von Mixed Reality Anwendungen an Digitale Zwillinge zur verbesserten Mensch-Maschine-Interaktion
  • Individualisierte und immersive Informationsbereitstellung, z.B. für Shopfloor-Anwendungen und Prozessunterstützung (Wartung, Instandhaltung)
  • MR-Systeme für Schulung und Ausbildung in Prozessen mit hohem Risikopotenzial oder hohen Trainingskosten

Wesentliche Ziele unserer Forschungstätigkeiten sind einerseits die möglichst vollständige, modellhafte Abbildung und Beschreibung komplexer technischer Systeme mit ihren Eigenschaften und Verhalten im Rechner und andererseits die Integration und Optimierung von IT-Verfahren für domänenübergreifendes und multidisziplinäres Produktinformationsmanagement. Aspekte der Systemmodellierung und informationstechnischen Integration von Produktentwicklung, Produktionssystementwicklung und Produktion werden im Rahmen von Forschungsprojekten mit Industriepartnern ganzheitlich mit Methoden zur betrieblichen Einführung von IT-Systemen (PLM, ERP, MES) sowie mit der Neuorganisation von Engineering-Prozessen in der Industrie betrachtet. 

Zur Durchführung unserer Projekte und der studentischen Arbeiten verfügt der Lehrstuhl über eine umfangreiche Hard- und Soft-wareausstattung. Diese besteht aus den im Engineering marktführenden Software-systemen aus den Bereichen CAD, Simulation, Product Lifecycle Management (PLM), Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR).

Forschungsmethoden & Deliverables

Ganzheitliche Betrachtung des Zusammenwirkens von
Methoden, Werkzeugen, Modellen und Prozessen

  • Systems Thinking
  • Funktionale IT-Systeme (Verfahren und Architekturen)
  • Systematische und abgestimmte Vorgehensweisen

Forschungsmethoden

  • ML und Data Science Methoden zur Entscheidungsunterstützung,  Mustererkennung und Optimierung (z.B. supervised ML, unsupervised ML, RL, NLP, Gen AI)
  • Analyse und strukturierte Modellierung komplexer Systeme und Prozesse mit standardisierten Sprachen (UML, SysML, AML, BPML)
  • Wissensbasierte Modellierung & Ontologien zur semantischen Vernetzung von Engineering-Wissen (z.B. RDF-Graphen, Linked Open Data)
  • Ableitung neuer Modelle/Theorien und Frameworks durch strukturierte Analyse bestehender wissenschaftlicher Arbeiten (SLR).

Ergebnisse und Deliverables

  • Metamodelle, Graph-Repräsentationen, trainierte ML-Modelle
  • IT- und Architekturkonzepte (auch Erweiterung oder Verfeinerung bestehender Konzepte)
  • Exemplarische digitale Zwillinge für spezifische Anwendungsszenarien
  • Proof-of-Concept Demonstratoren & Software-Prototypen