Zürcher Fachhochschule

Institut für Angewandte Simulation

Modellierung und Simulation

Herausforderung

Datenanalytik, Modellierung, Simulation und Optimierung sind die Arbeitsschwerpunkte am Institut für Angewandte Simulation.

Die Fragestellungen unserer Gesellschaft werden immer komplexer und verlangen nach dynamischen Untersuchungsmethoden, einem guten Systemverständnis und neuen Lösungsansätzen. Genaue Vorhersagen und präzise Planung unter Berücksichtigung der räumlichen und zeitlichen Dimensionen bilden die Basis dafür.

Wir nutzen verschiedene Modellierungstech-niken, um Zusammenhänge in Systemen zu erfassen und zu beschreiben.

Wir verwenden unterschiedliche Simulations-techniken, um komplexe Abhängigkeiten und zeitliche Verläufe sichtbar und verständlich zu machen. Modellierung und Simulation bilden die Basis für weitere Analysen und Optimie-rungen.

Bei uns stehen Modellierung und Simulation für den Wissenstransfer von der Theorie in die Praxis und für die Entwicklung von intelli-genten und nachhaltigen Lösungen. Wir ver-wenden Methoden und Algorithmen aus der Grundlagenforschung, um neue Lösungsan-sätze für aktuelle Problemstellungen zu ent-wickeln und diese mit modernsten Techniken und Werkzeugen umzusetzen.

Motivation

Unsere Kompetenzen in der Modellierung, Simulation und Optimierung bei Problemstel-lungen der Life Sciences und des Facility Ma-nagements sind in der Schweizer Hochschul-landschaft einzigartig.

Wir erarbeiten Gesamtlösungen, von der Sys-temanalyse über das Konzept bis zur Imple-mentation, Inbetriebnahme und dem Unter-halt von Modellen und Simulationen.

Zeitkritische Dienstleistungs- und Beratungs-mandate werden von uns professionell nach dem Vorgehenskonzept des Systems Engi-neering realisiert.

Team

In unserem Team arbeiten 35 Personen, mehrheitlich Physiker, Mathematiker, Ingeni-eure und Informatiker.

Die ausgewiesenen Expertinnen und Exper-ten arbeiten in den folgenden Forschungs-gruppen:

• Simulation & Optimization• Predictive & Bio-Inspired Modeling• Knowledge Engineering

Wir verfügen über grosse Erfahrung in der Abwicklung von interdisziplinären Projekten mit anderen Organisationen innerhalb der ZHAW, anderen Fachhochschulen sowie nati-onalen und internationalen Hochschulen.

Wir verstehen uns als Vermittler zwischen der universitären Grundlagenforschung und der praxistauglichen Anwendung in Wirtschaft und Gesellschaft.

Werkzeuge

Zentrale Werkzeuge für die Entwicklung un-serer Lösungen bilden verschiedenste Simu-latoren, Statistikpakete, Programmierspra-chen, Webtechnologien, Entwicklungsumge-bungen für Smartphones und Eigenentwick-lungen im Bereich der Systemoptimierung und des Data-Mining.

Lösungsansatz

Herkömmliche Planungsinstrumente reichen für komplexe Fragestellungen nicht mehr aus. Durch die Beschreibung der Systemstruktur und des Systemverhaltens in einem Modell und deren Überprüfung in Raum und Zeit im Simulator reduzieren wir Komplexität und ge-langen so, zu neuartigen Erkenntnissen.

Energie

• Der Energiebedarf nimmt ständig zu; die fossilen Brennstoffe sind endlich

• Die Anteile an erneuerbaren Energien am Gesamtverbrauch ist zu erhöhen

• Leistungsfähigere Technologien helfen, die natürlichen Ressourcen zu schonen

Im Bereich der kurz- und mittelfristigen Pro-gnosen der Energieerzeugung aus alternati-ven Quellen, des Energieverbrauchs und der Energieverteilung arbeitet das IAS mit Mo-dellierung und Simulation an der Realisierung der Energiewende.

Industrie

• Die Nachfrage steigt, die weltweite Indust-rieproduktion nimmt stetig zu

• Immer mehr Menschen wollen mit besse-ren Produkten versorgt werden

Der Anteil der Logistikkosten am Gesamt-umsatz der Unternehmen liegt zwischen 5% und 15%. Das IAS hat mehr als 20 Jahre Er-fahrung in der Realisierung von nachhaltigen und schlanken Logistiklösungen unter Ver-wendung von Logistiksimulation und Opti-mierungsalgorithmen.

Demografischer Wandel

• Die Bevölkerung wächst• Das Durchschnittsalter der Bevölkerung

steigt

Das IAS forscht aktiv an Themen der Agrar- und Ernährungswirtschaft und der medizini-schen Versorgung. Die Entwicklung von intel-ligenten Steuerungen für Urban Farming oder von Experten-und Prognosesystemen im Spi-talbereich gehören ebenso zum Arbeitsgebiet des IAS wie die Bioinformatik, die auf mole-kularer Ebene Beiträge in der Medizin und in der Landwirtschaft liefert.

Forschungsfelder

Urbanisierung

• Es leben erstmals mehr Menschen in der Stadt als auf dem Land

• Die Agglomerationen wachsen

In der Schweiz leben bereits zwei Drittel der Bevölkerung in Städten. Der damit einherge-hende Infrastrukturbedarf eröffnet Unterneh-men enormes Potenzial. Um sich stets wirt-schaftlich weiterzuentwickeln und die Wett-bewerbsfähigkeit zu erhöhen, ist der Ausbau der Infrastruktur dieser urbanen Räume nö-tig. Wissensmanagement wird dabei zu einer zentralen Aufgabe für eine nachhaltige Ent-wicklung in Bereichen wie effiziente Energie- und Telekommunikationsnetze, Verkehrs-wege, Wasserversorgungs- und Entsor-gungssysteme. Das IAS entwickelt Lösun-gen um Expertenwissen in Regeln abzubil-den und mit smarten Informationssystemen zu kommunizieren.

Gesundheit

• Die Menschen werden immer älter• Bis ins hohe Alter wollen die Menschen

das Leben uneingeschränkt geniessen

Im Bereich der komplexen biomedizinischen Systeme arbeitet das IAS an Möglichkeiten für die Früherkennung von Aneurysmen. Als eines der führenden Fachhochschulinstitute im Bereich der angewandten Bioinformatik und rechnergestützten Genomik erforscht das IAS molekulare Strukturen und Wechsel-wirkungen in Hinblick auf medizinische An-wendungen.

Mobilität

• Es werden immer grössere Distanzen zu-rückgelegt

• Distanzen sind mit intelligenten Lösungen zu «verkürzen»

Im Rahmen von nationalen Forschungspro-jekten hat das IAS Beiträge zur Stauvermin-derung, Stauprognose, Touren- und Trans-portplanung geleistet; dazu gehören auch Fragen zur Standortwahl und Warenvertei-lung.

Big Data & Wissen

• Immer grössere Datenmengen fallen in den Unternehmen an > Volume

• Unterschiedliche Datenstrukturen oder un-strukturierte Daten > Variety

• Immer höhere Geschwindigkeiten für die Übermittlung und Analyse der Daten sind gefordert > Velocity

Wissen entwickelt sich immer mehr zum strategischen Erfolgsfaktor für Unternehmen. Die Transformation von Daten in produktives Wissen ist eine grosse Herausforderung. In-ternational anerkannte Spezialisten am IAS unterstützen Sie in der Selektion, Aufberei-tung und Auswertung Ihrer Unternehmens-daten und deren Integration in externe Da-tenclusters mit dem Ziel, aus Daten Wissen zu generieren.

Wir arbeiten an den Herausforderungen von Volume – Variety - Velocity

Simulation & Optimization

Die Forschungsgruppe hat eine ausgewie-sene Erfahrung in der Umsetzung von an-spruchsvollen und komplexen Simulations- und Optimierungsprojekten. Mehr als 200 Projekte wurden in den letzten 20 Jahren realisiert.

Das am Institut entwickelte Vorgehenskon-zept und das benutzerfreundliche Simulati-onsinterface schaffen eine wichtige Grund-lage für das ganzheitliche Betrachten und Testen von verschiedensten Lösungsvarian-ten und deren Optimierung.

Untersucht werden Material-, Personen-, Verkehrs- und Informationsflüsse.

Anwendungsgebiete• Prozesse visualisieren und Abhängigkeiten

aufzeigen, Einflussgrössen ermitteln und bewerten

• Transparenz und Verständnis schaffen durch dynamische Betrachtung im Simu-lationsmodell

• Prozesse optimieren und Ressourcen ein-sparen

• Dynamische Betriebs- und Gebäudepla-nung

• Personenfluss- und Verkehrssimulationen • Standortwahl und Variantenbeurteilung

unter Einbezug verschiedener Produkti-onsszenarien und Marktentwicklungen

Simulation: Kapazitäten und Kosten sowie deren dynamischen Abhängigkeiten im Zeit-verlauf

Predictive & Bio-Inspired Modeling

Die Forschungsgruppe beschäftigt sich mit der Erkennung und Analyse sowie der Mo-dellierung und Simulation von Mustern und Prozessen. Die prädiktive Modellierung und Analytik nutzt statistische Modelle und Me-thoden der Mustererkennung und Simula-tion, um zukünftiges Verhalten zu antizipie-ren und Prognosen zu erstellen.

Häufig beeindruckt uns die Natur mit Bei-spielen, wie ein System lernt, sich zukunfts-gerichtet zu regulieren und Prozesse zu op-timieren. Lernen in Systemen, häufig in bio-inspirierter Weise, ist ein weiterer Arbeits-schwerpunkt der Forschungsgruppe.

Der Anwendungsfokus liegt in den Bereichen Life Sciences und Facility Management und an deren Schnittstellen.

Anwendungsgebiete• Prognosen und Expertensysteme in Ver-

kehr, Logistik und Märkten• Selbstlernende Agenten für Objekt- und

Mustererkennung • Biometrie• Angewandte Bioinformatik und rechnerge-

stützte Genomik• Simulation biomedizinischer Systeme• Statistik, Datenanalyse und experimentel-

les Design für Wissenschaft und industri-elle Anwendungen

Prädiktive Modellierung: Erkennen, Ver-stehen und Lernen für die Zukunft

Knowledge Engineering

Information und daraus abgeleitetes Wis-sen sind zwei der wichtigsten Produktions-faktoren unserer Volkswirtschaft geworden. Die Forschungsgruppe zerlegt Informationen und Expertenwissen in ihre Grundbausteine, damit diese in vielfältigen Computerapplikati-onen integriert werden können.

Expertensysteme und selbstlernende, bioin-spirierte Algorithmen kommen unter ande-rem zum Einsatz, um Informationen schnell und lösungsorientiert zugänglich zu machen.

Die verwendeten Technologien reichen von Smartphone-Apps bis hin zu komplexen in-tegrierten Online-Systemen.

Anwendungsgebiete• Erfassen und Analysieren von Informatio-

nen, Daten und Prozessen in interdiszipli-nären Projekten

• Verarbeiten, Strukturieren und Integrieren grosser Daten- und Wissensbestände

• Implementieren von selbstlernenden, feh-lertoleranten Algorithmen

• Usability Konzepte und Design• Interaktive Kommunikation und Visualisie-

rung • «Internet of Things» und Industrie 4.0 An-

wendungen

Knowledge Engineering: Expertenwissen strukturieren und vermitteln

Forschungsgruppen

Sta

nd D

ezem

ber

2014

– Ä

nder

unge

n vo

rbeh

alte

n

Institut für Angewandte Simulation an der ZHAW in Wädenswil

Das IAS Institut für Angewandte Simulation gehört zum Departement Life Sciences und Facility Management der ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften und hat seinen Standort in Wädenswil am Zürichsee.

Partner

Unternehmen und Organisationen aus den unterschiedlichsten Branchen und Wirt-schaftszweigen, Verbände sowie öffentliche Institutionen sind wichtige Auftraggeber und Projektpartner des IAS.

Kunden und Partner profitieren von einer über 20-jährigen nationalen und internationalen Erfahrung aus interdisziplinären Forschungs-projekten.

Netzwerk

Das IAS ist mit allen renommierten nationa-len Hochschulen über Forschungskooperati-onen vernetzt. Wir pflegen internationale For-schungsbeziehungen und sind auch mit ver-schiedensten Instituten innerhalb der ZHAW hervorragend vernetzt. Die Institutsmitarbei-tenden pflegen aktiv den Wissens- und Er-fahrungsaustausch innerhalb diverser Netz-werk-Organisationen.

Formen der Zusammenarbeit

Forschungsprojekte:Die Forschungs- und Entwicklungsprojekte am IAS werden mit Fördermitteln (KTI, SNF, EU) unterstützt. Staatliche Förderinstitutio-nen, internationale Forschungsprogramme oder Stiftungen unterstützen innovative und erfolgversprechende Projekte.

Dienstleistungsprojekte: Aufträge aus der Wirtschaft und von öffentli-chen Institutionen werden von den Mitarbei-tenden des IAS zu marktüblichen Ansätzen und garantierten Terminen realisiert.

Studentische Arbeiten:Studierende bearbeiten Aufträge aus der Pra-xis im Rahmen ihrer Semester-, Bachelor- oder Masterthesis. Dabei werden Sie von Do-zierenden und wissenschaftlichen Mitarbei-tenden betreut.

Kontakt

ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte WissenschaftenLife Sciences und Facility Management IAS Institut für Angewandte SimulationPostfach – CH-8820 WädenswilTel. +41 58 934 56 97office.ias@zhaw.chStandort: Campus Reidbach

Prof. Marcel BurkhardInstitutsleitermarcel.burkhard@zhaw.ch

www.ias.zhaw.ch

Our Spirit is customer focused. We deliver «Smart Sustainable Solutions».