ZHAW School of Engineering - Forschung & Entwicklung im Überblick

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School of Engineering Forschung & Entwicklung im Überblick Zürcher Fachhochschule www.zhaw.ch/engineering Forschung & Entwicklung

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13 Institute und Zentren der ZHAW School of Engineering arbeiten praxisorientiert zusammen. In Kooperation mit der Wirtschaft entstehen wissenschaftlich fundierte und innovative Lösungen. Interdisziplinär geforscht wird vorwiegend in den Bereichen Energie, Mobilität und Gesundheit.

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School of Engineering

Forschung & Entwicklung im Überblick

Zürcher Fachhochschule www.zhaw.ch/engineering Forschung & Entwicklung

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Impressum Text: ZHAW School of Engineering Fotos: Marcel Grubenmann; Markus Mallaun Druck: Druckerei Peter Gehring AG, Winterthur 12.2014 – 500

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Interdisziplinärer Ansatz

Angewandte Forschung und Entwicklung

Institut für Angewandte Informationstechnologie (InIT)

Institut für Angewandte Mathematik und Physik (IAMP)

Institut für Datenanalyse und Prozessdesign (IDP)

Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE)

Institut für Mechanische Systeme (IMES)

Institut für Mechatronische Systeme (IMS)

Institut für Nachhaltige Entwicklung (INE)

Institute of Computational Physics (ICP)

Institute of Embedded Systems (InES)

Institute of Materials and Process Engineering (IMPE)

Zentrum für Aviatik (ZAV)

Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP)

Zentrum für Signalverarbeitung und Nachrichtentechnik (ZSN)

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Bachelorstudierende arbeiten an der Pilot-Pervaporationsanlage des IMPE zum Recycling von organischen Lösungsmitteln.

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Interdisziplinärer AnsatzDie Forschungsschwerpunkte der ZHAW School of Engineering orientieren sich an den Bedürfnissen der Wirtschaft und der Gesellschaft. In Kooperation mit Wirtschaftspartnern und Institutionen entstehen wissenschaftlich fundierte und innovative Lösungen. 13 spezialisierte Institute und Zentren arbeiten dabei praxisorientiert zusammen. Interdisziplinär geforscht wird vorwiegend in den Bereichen Energie, Mobilität und Gesundheit. Mit Projekten im Bereich der alternativen Energieumwandlung, der Medizintechnik oder im Rahmen von Verkehrsstudien leisten wir einen wichtigen Beitrag in zukunftsrelevanten For- schungsfeldern. Die Kooperationen mit Wirtschaftspartnern und Institutionen kommen auch den Studierenden zugute: Sie arbeiten an aktuellen Projekten mit und profitieren von der engen Verzahnung von Forschung und Lehre. Praxisnahe und anwendungsorientierte Bachelor- und Masterarbeiten bilden an der ZHAW School of Engineering einen wichtigen Bestandteil des Ausbildungskonzeptes.

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Angewandte Forschung & Entwicklung

Angewandte Forschung und Entwicklung

Förderprojekte (KTI, NF, EU) Die häufigste Art der Zusammen-arbeit mit Wirtschaftspartnern findet im Rahmen von Förderpro-jekten (KTI) statt. Diese Projekte werden normalerweise von wissenschaftlichen Assistierenden bearbeitet und von Dozieren-den geleitet. Sie haben typischerweise einen Umfang von ein bis drei Personenjahren. Bei dieser Art von Projekten wird ein Beitrag des Wirtschaftspartners von ca. 50 Prozent der Projektsumme der Förderinstitution (KTI) erwartet. Ziele und Zeitplan des Projekts werden zusammen mit dem Wirtschafts-partner im Rahmen der Ausarbeitung des Projektantrags definiert. Die Resultate des Projekts stehen dem Wirtschafts-partner vollumfänglich zur Verfügung.

Projekt-/Bachelorarbeiten (PA/BA) Diese bieten den Wirt-schaftspartnern eine günstige und einfache Gelegenheit, erste Erfahrungen mit neuen Technologien zu sammeln oder spezifi-sche Fragestellungen untersuchen zu lassen. Die Projekt- und Bachelorarbeiten werden normalerweise in Zweierteams durch-geführt. Die PA finden im Herbstsemester statt und haben einen Umfang von 360 Personenstunden (Ph), die BA werden jeweils im Frühlingssemester durchgeführt und haben einen Umfang von 720 Ph.

Master-Thesis/Master-Projektarbeiten (MT/MP) Masterstudie-rende erarbeiten im Verlaufe ihres Studiums zwei Master-Projekt- arbeiten (MP) mit 270 bzw. 450 Ph sowie die Master-Thesis (MT) mit 810 Ph. Die Arbeiten werden jeweils als Einzelarbeiten durchgeführt. Start und Dauer der MP und MT ist normalerweise Anfang Semester. In diesen Arbeiten werden anspruchsvolle Problemstellungen aus der Industrie behandelt.

Im Rahmen der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung bieten die Institute und Zentren ihren Wirtschaftspartnern folgende Varianten der Zusammenarbeit an:

Förderprojekte (KTI, NF, EU) Projekt-/Bachelorarbeiten (PA/DA)Master-Thesis/Master-Projekt- arbeiten (MT/MP)

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Auftragsprojekte Die ZHAW School of Engineering führt auch gerne Forschungs- und Entwicklungsprojekte für ihre Wirt-schaftspartner durch. Dabei kann der Wirtschaftspartner die Ziele und den zeitlichen Ablauf des Projekts vollständig bestimmen. Der gesamte Projektaufwand wird vom Wirtschafts-partner getragen.

Längerfristige KooperationenMit längerfristigen Kooperationen kann sich der Wirtschaftspart-ner F&E-Leistungen, Schulungen und andere Dienstleistungen (z.B. Coaching, Beratung) der ZHAW School of Engineering sichern. Diese werden in Form eines Rahmenvertrags vereinbart.

AuftragsprojekteLängerfristige Kooperationen

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Institut für angewandte Informationstechnologie (InIT)

we ride the information wave

Die Nutzbarmachung der Daten ist die Kernkompetenz des InIT.

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Distributed Software Systems Dieser Schwerpunkt be- schäftigt sich mit der Entwicklung von verteilten Systemen und der Integration von Informationen in verteilten Systemen mit Fokus auf den folgenden Themen:

Information and Application Integration befasst sich mit der Entwicklung verteilter Applikationen auf Desktop-, Server- und mobilen Plattformen sowie Architekturen und Technologien zur Integration von Informationen in komplexe Anwendungs- landschaften. Insbesondere untersucht und gestaltet das InIT effiziente und skalierbare Softwaresysteme und entwickelt Software und Algorithmen, um Daten aus Social Media zu ag- gregieren und auszuwerten.

Software Engineering befasst sich mit der ingenieurmässigen Entwicklung von heterogenen Softwaresystemen. Dabei werden neueste Prinzipien, Methoden und Werkzeuge der Software- Entwicklung angewandt, auf deren Praxistauglichkeit hin unter-sucht und bei Bedarf adaptiert. Über weitreichendes Know- how verfügt das InIT in den Bereichen Testen und Testautomati-sierung, agile Software-Entwicklung und Model-Driven Soft- ware Engineering.

Das InIT erforscht und entwickelt smarte Informationstechnologien, -systeme und -services, um Information jederzeit einfach und sicher nutzbar zu machen. Das InIT verfügt über ein breites Kom- petenzspektrum auf dem Gebiet der verteilten Informations- systeme, das fünf Schwerpunkte beinhaltet. In diesen Schwerpunkten werden innovative F&E-Projekte gemeinsam mit Firmen durch- geführt und Dienstleistungen angeboten. Darüber hinaus betreibt das InIT verschiedene Labs. In diesen Labs werden die Kom- petenzen zu ausgewählten Themenbereichen aus einem oder mehreren Schwerpunkten und allenfalls auch aus anderen Instituten gebündelt für den Einsatz in F&E-Projekten und Dienstleistungen für Wirtschaftspartner.

Prof. Gerold [email protected] +41 58 934 70 68www.zhaw.ch/init

Institut für angewandte Informationstechnologie (InIT)

Institut für Angewandte Informationstechnologie (InIT)

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Institut für angewandte Informationstechnologie (InIT)

Human Information Interaction Dieser Schwerpunkt setzt sich auseinander mit der Interaktion zwischen Menschen und Informationen mit Fokus auf den folgenden Themen:

Mobile Usability befasst sich mit der benutzerzentrierten Entwicklung von mobilen Applikationen und Services, die durch Ausnützung der Sensorik und Interaktionsmöglichkeiten heutiger und zukünftiger Mobilgeräte einen optimalen Nutzen und bestechende User-Experience für die Benutzer erzielen.

ICT-Accessibility befasst sich mit dem barrierefreien Zugriff auf Informationen für ältere Menschen und Menschen mit Behin- derungen. Wir evaluieren und entwickeln entsprechende Tools für das Web und zunehmend auch für den mobilen Bereich.

Visual Computing befasst sich einerseits mit der Frage, wie aus Bildern möglichst realistische 3D-Modelle entwickelt und in Mixed-Reality-Szenarien, v. a. in medizinischen und industriellen Anwendungen, eingesetzt werden können. Andererseits geht es um die Entwicklung von Virtual- und Augmented-Reality-Applikationen und -Simulatoren.

Der Schwerpunkt betreibt das Mobile Usability Lab, das ICT- Accessibility Lab und das Visual Computing Lab.

Information Security Dieser Schwerpunkt widmet sich der Sicherheit der Information in verteilten Informationssystemen und den Systemen selbst mit Fokus auf den folgenden Themen:

Secure Applications and Systems befasst sich mit der Entwick-lung sicherer Software und Services mit Fokus auf Web- und mobilen Applikationen. Dabei untersucht und erweitert das InIT z.B. Methoden und Tools, um Software und Services sicher zu konzipieren und bezüglich Sicherheit zu testen, und entwickelt bei Bedarf auch neuartige Sicherheitsmechanismen.

Information Infrastructure Protection befasst sich mit dem Schutz von klassischen und Cloud-basierten IT-Infrastrukturen. Das Ziel dabei ist die Früherkennung möglicher Attacken

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oder die Erkennung bereits erfolgter Attacken, z.B. mit Monito-ring. Zudem befasst sich das InIT mit Methoden und Tools des Risk Assessment und Risk Engineering von IT-Infrastrukturen.

Der Schwerpunkt betreibt das Security Analysis and Testing Lab.

Information Engineering Dieser Schwerpunkt untersucht, wie Daten und Informationen gefunden, analysiert, integriert und nutzbar gemacht werden können. Der Fokus liegt dabei auf den folgenden Themen:

Information Retrieval befasst sich mit allen Facetten der Suche auf unstrukturierten und semistrukturierten Dokumentenbeständen. Dazu gehören insbesondere auch Natural Language Processing inkl. sprachübergreifendes Retrieval, Multimedia-Retrieval, Kategorisierung, Topic/Trend Detection und Sentiment Detection.

Data Warehousing befasst sich mit der datengetriebenen Entscheidungsfindung und der Erstellung von Data Products im Unternehmenskontext (Data Science). Im Zentrum steht ins- besondere der Aufbau komplexer Prozesse, die vom Extrahieren, Transformieren und Laden transaktionsbasierter Datensätze über deren Analyse (Data Mining) bis zur Präsentation der Resul-tate (Business Intelligence) reichen.

Der Schwerpunkt ist Gründungsmitglied des Datalab.

Service Engineering Dieser Schwerpunkt beschäftigt sich mit innovativen informationsbasierten Dienstleistungen mit Fokus auf den folgenden Themen:

Service Engineering befasst sich mit der systematischen kunden- zentrierten Entwicklung von informationsbasierten Dienstleistungen. Dabei geht es darum, innovative ICT-gestützte Dienstleistungs-konzepte zu entwickeln und effizient in einen Prototyp zu überfüh-ren und diesen unter möglichst realen Rahmenbedingungen zu validieren. Dafür werden auch neue Methoden, Prozesse und Werkzeuge entwickelt und eingesetzt.

Institut für angewandte Informationstechnologie (InIT)

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Institut für angewandte Informationstechnologie (InIT)

Cloud Computing befasst sich mit der Entwicklung und dem Betrieb von Cloud Computing-Infrastrukturen als zukünftigem Konsummodell für High-Performance Computing (HPC) und Data-intensive Distributed Computing and Storage (PaaS, IaaS, SaaS).

Der Schwerpunkt betreibt das InIT Cloud Computing Lab und das Service Lab.

Mitarbeitende des InIT entwickeln Technologien für die Analyse grosser Datenmengen.

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Institut für angewandte Informationstechnologie (InIT)

Datalab In Zusammenarbeit mit dem Institut für Datenanalyse und Prozessdesign befasst sich das Datalab mit aktuellen Fragestellungen rund um Data Science und den damit verbundenen Technologien und Konzepten.

ICT-Accessibility Lab Das ICT-Accessibility Lab erforscht, wie Menschen mit Behinderungen oder ältere Menschen der Umgang mit Informations- und Kommunikations-technologien erleichtert oder gar erst möglich gemacht werden kann, und entwickelt entsprechende Tools.

InIT Cloud Computing Lab Das InIT Cloud Computing Lab befasst sich mit der Entwicklung und dem Betrieb von Cloud Computing-Infrastrukturen als zukünftigem Konsummodell für High-Performance Computing (HPC) und Data-intensive Distributed Computing and Storage (PaaS, IaaS, SaaS).

Mobile Usability Lab Das Mobile Usability Lab befasst sich mit aktuellen Frage- stellungen mobiler Applikationen und Services und bietet vielfältige Kompetenzen wie z. B. Entwicklung, Usability Engineering & Testing und Location-based Services an.

Security Analysis and Testing Lab Das Security Analysis and Testing Lab erforscht Methoden und Tools in den Bereichen konzeptionelle Sicherheitsanalysen sowie manuelles und automatisiertes Security Testing von Applikationen und IT-Systemen.

Service Lab Das Service Lab befasst sich mit der kundenzentrierten Entwicklung von IT-basierten Dienstleistungen und bietet Kompetenzen in allen Phasen des Service-Entwick-lungsprozesses an: Customer&Context Analysis, Service Innovation, Service Design, Service Evaluation, Service Implementation and Operation.

Visual Computing Lab Das Visual Computing Lab vereint Kompetenzen der Bildver- arbeitung und der Computergrafik, um die Technologien von bildbasierten Analyseverfahren, der geometrischen Modellbildung sowie von Virtual und Augmented Reality für neuartige Applikations-Szenarien zu nutzen.

Die Labs im Überblick

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Institut für Angewandte Mathematik und Physik (IAMP)

Der Laboraufbau eines Fasergyroskops ermöglicht die Messung kleinster Drehraten.

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Angewandte Optik Die Forschungstätigkeiten in diesem Schwer-punkt konzentrieren sich auf die Entwicklung von Messverfahren zur Analyse von Bewegung und Positionen, auf die Untersuchung von Fluoreszenz und die Entwicklung von Aufbauten zu deren Analyse in Anwendungen der biomedizinischen Diagnostik, der Prozess- und Umweltanalytik. Ergänzend werden Verfahren in der optischen Spektroskopie entwickelt und Effekte bei ko-härenter Beleuchtung untersucht und in der Messtechnik genutzt. Die Arbeiten reichen von theoretischen Berechnungen und Simulationen über experimentelle Aufbauten im Labor bis hin zur Prototypenherstellung oder auch zur Fertigung von Kleinserien optischer Geräte.

Medizin- und Biophysik In diesem Schwerpunkt reicht das Spektrum der Aktivitäten von der medizinischen Bildgebung und Instrumentation über die optische Diagnostik und Analytik bis hin zur Entwicklung optimierter Krebstherapien. In der Medizin-physik liegt dabei der Fokus auf der Entwicklung und Optimierung röntgendiagnostischer Verfahren, neuer Konzepte, Verfahren und Messtechniken im Strahlenschutz sowie auf Phantomen in den Bereichen Radio-Onkologie und MRI. In der Biophysik werden Fragestellungen der medizinischen Analytik, Serologie und Pharmakologie behandelt. Beispielsweise werden Inter-aktionen von Antikörpern und Antigenen bzw. Proteinen und Peptidfragmenten oder das Lösungsverhalten von Insulinen charakterisiert und modelliert.

Nebst der Ausbildung angehender Ingenieurinnen und Ingenieure in den Grundlagen der Mathematik und Physik gehört die Realisierung anspruchsvoller Projekte in Forschung und Entwicklung zu den Kernaufgaben des IAMP. Dabei konzentriert man sich auf wirtschaft - lich oder gesellschaftlich relevante Fragestellungen mit Problem - lösungen, deren Kosten sich bereits in kurzer Zeit amortisieren.

Dr. Samuel Beer [email protected] Telefon +41 58 934 73 20 www.zhaw.ch/iamp

Institut für Angewandte Mathematik und Physik (IAMP)

Institut für Angewandte Mathematik und Physik (IAMP)

Der Laboraufbau eines Fasergyroskops ermöglicht die Messung kleinster Drehraten.

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Institut für Angewandte Mathematik und Physik (IAMP)

Sicherheitskritische Systeme Dieser Schwerpunkt widmet sich der Entwicklung und Anwendung quantitativer und formaler Methoden zur Risikoanalyse und zum Sicherheitsnachweis komplexer sicherheitsrelevanter soziotechnologischer Systeme. Dabei wird insbesondere auch Fragestellungen im Zusammen -hang mit der funktionalen Sicherheit programmierbarer elektronischer Systeme nachgegangen. Die entwickelten Methoden kommen im Rahmen der entsprechenden regulatorischen Anforderungen in den Industriesektoren Eisenbahn, Automotive, Medizinprodukte, Maschinenbau, Prozessindustrie und Defence zum Einsatz.

Applied Complex Systems Science In diesem Schwerpunkt werden für Problemstellungen, die durch Standardansätze nicht mehr effizient behandelt werden können, fallspezifische Lösungen entwickelt. Das Methodenspektrum umfasst dabei objektorien-tierte Modellierung, stochastische Differentialgleichungen, statistische Physik, Morphological Computing und evolutive Algorithmen. Zusammen mit Kunden und Partnern werden diese Methoden unter Einbezug leistungsfähiger Computer für Optimierungen nutzbar gemacht, beispielsweise bei thermophotovoltaischen Anlagen, Kombinationstherapien in der Onkologie, Siebmaschinen in der Asphaltherstellung oder Steuerungen von Robotern.

Wissenschaftliches Rechnen und Algorithmik Die Methoden wissenschaftlichen Rechnens, wie Modellierung, Simulation, Optimierung und Visualisierung, sind heutzutage aus dem Lösungs-prozess wissenschaftlich-technischer Probleme nicht mehr wegzudenken. Dieser Schwerpunkt konzentriert sich auf die Ent - wicklung und Implementation kundenspezifischer Lösungen für algorithmisch komplexe, rechenzeitintensive Problemstellungen, bei welchen Standardlösungen unbefriedigende Ergebnisse liefern, sowie auf die Transformation anwendungsspezifischen Fachwissens in eine robuste und effiziente Applikation. Ein besonderes Interesse kommt ferner der Erarbeitung von Fehler-schätzern für numerische Algorithmen zu.

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ProjektbeispielInstitut für Angewandte Mathematik und Physik (IAMP)

Das IAMP hat in Zusammenarbeit mit der Firma Optotune AG die Basis für eine hochwer- t ige Bildprojektion mit Lasertechnik geschaffen. Ergebnis dieses KTI-Projekts ist der Speckle Reducer – ein durch elektroaktive, lichtdurchlässige Polymere bewegter Diffusor. Dieser optische Diffusor verwischt die lasertypischen Flecken auf dem Weg zur Projektionsfläche und beseitigt so störendes Bildrauschen. Nach nicht einmal zwei Jahren Entwicklungs - zeit feierte der Speckle Reducer seinen Markteintritt. Der Erfolg ist ihm gewiss, denn für die Laserprojektion gibt es eine zunehmende Fülle an Einsatzmöglichkeiten. So findet sich der Speckle Reducer heute sowohl in medizinischen Kleinstkameras als auch in Kinoprojek-toren wieder. Die Vorteile eines Laserprojektors sind gerade für Kinobetreiber beträchtlich, ist er doch im Unterhalt wesentlich günstiger als ein Modell mit konventioneller Lichterzeugung. Zudem verbraucht er rund fünfmal weniger Strom. Ein mögliches Anwendungsgebiet sind ausserdem Head-up-Displays in Autos.

«Auch dank der flexiblen und unkomplizierten Zusammenarbeit mit dem IAMP konnten wir innerhalb kürzester Zeit ein kommerziell erfolgreiches Produkt entwickeln. Für Optotune ist der Speckle Reducer als eines von zwei Hauptprodukten für einen signifikanten Anteil des Umsatzes verantwortlich.»

KTI-Projekt: Laserprojektion ohne Flecken

Manuel Aschwanden CEO Optotune AG

Der Speckle Reducer ist ein wichtiges Element in Laserprojektoren.

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Mit gezielter Kombination von quantitativen Methoden stiftet das IDP wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Nutzen.

Institut für Datenanalyse und Prozessdesign (IDP)

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Business Engineering and Operations Management Die optimale Gestaltung von Unternehmens- und Betriebsprozes-sen ist ein zentraler Faktor für den Erfolg eines Unternehmens. Der Forschungsschwerpunkt fokussiert daher auf die Entwicklung von Methoden und Tools zum Design und zur Optimierung von Unternehmensprozessen im Kontext von Kunden, Lieferanten und Märkten. Wir betrachten neben Produktions- und Logistik- prozessen vor allem auch Prozesse in der Dienstleistungserbringung, z.B. in Spitälern, Call-Centern oder bei Transportunternehmen. Methoden zur Entscheidungsunterstützung für das Management in komplexen Situationen sind zentraler Bestandteil unserer Forschung, z.B. für das optimale Kundenmanagement oder zur Optimierung der Bewirtschaftung von langlebigen techni- schen Anlagen. Ein zentraler Erfolgsfaktor dabei ist es, die heute verfügbare Fülle von Daten korrekt und zielgerichtet auszu- nutzen.

Finance, Risk Management and Econometrics Als komplexes System ist die Wirtschaft der quantitativen Analyse und Model-lierung zugänglich, stellt aber gleichzeitig auch höchste Ansprüche an Methoden und Modelle. Thematische Schwerpunkte im Forschungsgebiet sind die Modellierung von Finanzinstrumenten (Rendite, Risiko, Abhängigkeiten), Portfoliooptimierung, integriertes Risikomanagement und die Prognose von ökonomi-schen und finanziellen Zeitreihen. Die Anwendungen reichen vom Hochfrequenzhandel bis zu Konjunkturprognosen. Die interdis-ziplinäre Betrachtungsweise sowie die Zusammenarbeit mit anderen Forschungsinstitutionen, regulatorischen Behörden und der Privatwirtschaft auf nationaler und internationaler Ebene sind wesentlich für unseren Erfolg.

Das IDP setzt Methoden aus den Bereichen statistische Datenanalyse, Stochastik, mathematische Optimierung und Risikomodellierung ein und kombiniert sie gezielt. Auf dieser Grundlage entwickelt das Institut Algorithmen und Tools, mit denen sich komplexe Systeme und Prozesse besser beschreiben, steuern und optimieren lassen.

Prof. Dr. Jürg [email protected] +41 58 934 78 05www.zhaw.ch/idp

Mit gezielter Kombination von quantitativen Methoden stiftet das IDP wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Nutzen.

Institut für Datenanalyse und Prozessdesign (IDP)

Institut für Datenanalyse und Prozessdesign (IDP)

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Institut für Datenanalyse und Prozessdesign (IDP)

Data Analysis and Statistics In diesem Bereich dreht sich alles um die Transformation von Daten zu nutzbarem Wissen – eine wesentliche Herausforderung im heutigen Informations- zeitalter. Eine fachgerecht ausgeführte Datenanalyse mit zielge-richteter Interpretation liefert oft neue Einblicke und erlaubt damit erkenntnisbasierte Entscheidungen und kundenorientiertes Handeln. Unsere Kompetenzen liegen in statistischen und datenanalytischen Methoden sowie in der Versuchsplanung (Design of Experiments). Wir haben umfangreiche Anwen- dungserfahrungen unter anderem in den Bereichen Business Analytics, Customer-Relationship-Management (CRM), Mess- und Prüftechnik, Qualitätskontrolle, Umwelt und Verkehr, Laboranalytik, Biostatistik sowie Gesundheit. Zusammen mit dem Institut für angewandte Informationstechnologie (InIT) betreiben wir zudem das interdisziplinäre DataLab, das innovative Ideen im Bereich Data Science und Big Data Analytics aufgreift und in die Praxis umsetzt.

Transport and Traffic Engineering Mit der stetigen Zunahme der Mobilität, aber auch der Komplexität der Verkehrssysteme sind die Anforderungen an Stabilität, Nachhaltigkeit, Finanzier- barkeit und Sicherheit dieser Systeme gestiegen. Der For-schungsschwerpunkt fokussiert deshalb auf die Entwicklung und den Einsatz von Methoden, um Verkehrssysteme analysieren, bewerten und optimal gestalten und betreiben zu können. Die eingesetzten Methoden sind quantitativ und reichen von der Erfassung und statistischen Analyse von Verkehrsdaten über die Modellierung und Simulation von Verkehrssystemen bis zur Entwicklung von Indikatoren zur Systembewertung. Zentrales Ziel ist es, gemeinsam mit Kunden und Forschungspartnern eine optimale Planung sowie einen effizienten, sicheren und nach- haltigen Betrieb der Verkehrssysteme zu erreichen.

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ProjektbeispielInstitut für Datenanalyse und Prozessdesign (IDP)

Standard: ULD wird am Flughafen verladen.

Unit Load Devices (ULDs) sind der Standard für die Beladung von Gepäck und Cargo in Flugzeugen. Der Unterhalt eines eigenen ULD-Lagers ist ein nicht vernachlässigbarer Kostenfaktor für Fluggesellschaften. In den letzten Jahren haben deshalb viele Fluggesell-schaften die Bewirtschaftung ihrer ULDs an unabhängige ULD-Provider ausgelagert. Im Rahmen eines KTI-Projektes entwickelt das IDP für einen unabhängigen ULD-Provider eine Entscheidungsunterstützung. Dabei geht es einerseits um die Bestimmung der täglichen Sicherheitsbestände, um für einen festgelegten Planungshorizont einen gewissen Servicelevel zu garantieren. Andererseits geht es um die Steuerung der ULDs, um die Sicherheitsbestände an den Stationen einzuhalten. Um diese Ziele zu erreichen, sind vertiefte Kenntnisse aus den Bereichen Modellierung und Simulation, statistische Datenanalyse, Operations Management und Operations Research nötig. Somit ist das Projekt ideal auf die Kompetenzen des IDP zugeschnitten.

KTI-Projekt: Lagersteuerung für Unit Load Devices im internationalen Flugverkehr

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Das IMES verfügt über dynamische Prüfmaschinen.

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Die effiziente Gewinnung, Nutzung, Speicherung und Verteilung von Energie steht im Fokus des IEFE.

Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE)

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Energieeffizienz Reduktion des Energieverbrauchs von industriellen Prozessen und Anlagen Die Gesellschaft und die Industrie von heute sind hochtechnisiert und haben einen kontinuierlich steigenden Bedarf an Energie. Bei anhaltender Tendenz wird dies kurz- oder langfristig zu Engpässen bei der Energiebereitstellung führen. Die Energiestrategie 2050 des Bundes sieht daher vor, den Energieverbrauch in der Schweiz massiv zu reduzieren. Für den Industriebereich bedeutet dies, dass mit verbindlichen Zielvereinbarungen hinsichtlich des Energie-verbrauches zu rechnen ist. Verbesserte Energieeffizienz ist eine ideale Methode, den Energiebedarf nachhaltig zu reduzieren und gleichzeitig die Kosten zu senken. Das IEFE entwickelt Verfahren zur Beurteilung des Energiever-brauchs beim Betrieb von industriellen Anlagen und zur Ver- besserung der thermischen und elektrischen Energieeffizienz von industriellen Produktionsverfahren und Anlagen. In enger Zusammenarbeit mit seinen Industriepartnern sucht das IEFE nach Lösungen, die es ermöglichen, die benötigte Energie maximal zu nutzen und Verluste zu minimieren, um so die vor- handenen Potenziale vollständig auszuschöpfen.

Das IEFE leistet mit seinem Fachwissen einen wichtigen Beitrag zu neuen energieeffizienten Systemen, Verfahren, Prozessen und Anlagen. Dabei konzentriert sich das IEFE auf die drei strategischen Schwerpunkte Energieeffizienz, erneuerbare Energien sowie Energiespeicher und -netze. Diese Schwerpunkte werden durch Fachgruppen bearbeitet. Themen in diesen Fachgruppen sind Photovoltaik, Wind, thermische Verfahren, Energiesysteme/ Kältetechnik, Fluid-Engineering, modellbasierte Prozessoptimierung, thermische und elektrische Speicher und Netze. Dieses fundierte Know-how wird in angewandten Forschungsprojekten mit Industriepartnern gefördert und auch gezielt an die Studierenden weitergegeben.

Prof. Dr. Frank [email protected] +41 58 934 73 61www.zhaw.ch/iefe

Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE)

Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE)

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Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE)

Erneuerbare Energien Steigerung der installierten Leistung an erneuerbaren Energien Nachhaltige Energiebereitstellung ist gefragter denn je. Denn erneuerbare Energien regenerieren sich kurzfristig und sind unerschöpflich. Begrenzte Ressourcen fossiler Energieträger wie etwa Erdöl oder Kohle, das erhöhte Umwelt- und Klimaschutzbewusstsein und der Wunsch nach erhöhter Unabhängigkeit von Energieexporteuren steigern die Nachfrage nach einer nachhaltigen Lösung in Form von erneuerbaren Energien. Zu ihnen gehören neben der Wasserkraft vor allem die Sonnenenergie in Form von Photovoltaik oder Solarthermie, Geothermie, Gezeitenkraft sowie Wind- und Bioenergie. Das IEFE ist mit vielfältigen Projekten an der Optimierung von Prozessen zur Nutzung der erneuerbaren Energien beteiligt. Dies vor allem in den Bereichen Photovoltaik, thermische Verfah-ren und Wind.

Energiespeicher und -netze Bessere Integration der fluktuieren-den erneuerbaren Energien in die Energieversorgung Erneuerbare Energien spielen im Energiemix der Zukunft eine grosse Rolle. Allerdings fluktuiert die Erzeugung von erneuerbaren Energien. So hängt die Menge Strom, die ins Netz eingespeist wird, bei Sonnen- und Windenergie beispielsweise von der Witterung ab. Da Energie aber kontinuierlich gebraucht wird, sucht das IEFE nach wirtschaftlichen und umweltschonenden Lösungen, die zeitlich verschobene Erzeugungs- und Verbrauchscharak- teristik in Einklang zu bringen. Der Fokus des IEFE liegt dabei auf einer besseren Integration der fluktuierenden erneuerbaren Energien in die Energieversorgung. So arbeitet das IEFE im Be- reich der Netze und Speicher auch daran, den Anteil der erneuerbaren Energien am schweizerischen Gesamtenergiever-brauch zu steigern.

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Projektbeispiel

Im Rahmen eines zweijährigen Projekts, welches durch die KTI finanziell unterstützt wurde, kooperierte die Schmid AG mit dem IEFE. Ziel des Projekts war es, Massnahmen zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrades der Schmid-Rostfeuerungen Typ UTSR/K (550–900 kW) auszuarbeiten, um die Holzfeuerung noch besser und nach- haltiger zu gestalten. Das IEFE entwickelte Optimierungsansätze und arbeitete dabei mit modernsten Technologien wie zum Beispiel CFD-Strömungssimulation, Thermographie und Lasermessmethoden. Über das Gesamtprojekt hinweg liess sich der Gesamtwirkungsgrad erfolgreich um 2,3 Prozent steigern sowie der Hilfsenergieverbrauch um 3 Prozent senken. Durch verschiedene experimentelle Untersuchungen konnten die vorgeschlagenen Verbesserungsmassnahmen durch die Firma Schmid in der Realität überprüft werden.

«Lösungsorientiert, zielgerichtet und konstruktiv – so lässt sich die Zusammenarbeit mit dem IEFE über die ganze Projekt-dauer in wenige Worte fassen. Die Erkenntnisse, welche wir zusammen mit dem IEFE gewonnen haben, sind vielfältig, und einige davon fliessen bereits jetzt in unsere Produkte ein.»

KTI-Projekt: Optimierung der Rostfeuerung

Roland Schmid Ingenieur HTL Leiter Technik Schmid Gruppe

Die Strömungslinien in einer Holz- feuerung werden mit Computational Fluid Dynamics (CFD) berechnet.

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Institut für Mechanische Systeme (IMES)

Eine Fahrt auf dem Bike-Simulator des IMES ist realitätsnah.

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Biomechanical Engineering Im Bereich der Biomechanik unter- sucht das IMES Funktion und Kräfte des menschlichen Be- wegungsapparates, insbesondere der Gelenke, um mittels dieser Erkenntnisse Implantate sowie chirurgische Instrumente zu entwickeln und zu validieren. Analysen und Entwicklungen von Implantaten erfolgen in intensiver Zusammenarbeit mit Ärzten und Herstellern. Dadurch lassen sich Probleme frühzeitig erkennen und beheben. Erstimplantate werden experimentell in einem akkreditierten Labor nach ISO 17025 getestet, um sicherzustellen, dass das Produkt die geforderten Funktionen erfüllt und den Belastungen standhält. Die Untersuchungen am IMES erfolgen nach geltenden ISO-Normen. Für neuartige Produkte entwickelt und validiert das Institut in Zusammenarbeit mit den Kunden entsprechende Prüfverfahren. Die dafür notwendigen Hilfseinrichtungen werden vom IMES konstruiert und in instituts-eigenen Werkstätten produziert. Nebst Orthopädieproduk- ten wurden in den letzten Jahren die Bereiche Ergonomie und patientenunterstützende Systeme gezielt gestärkt und aus- gebaut. Die Mensch-Maschine-Interaktion kann so mit Hilfe von 3D-Bewegungsmess-Systemen, Kraftmessplatten und Muskelaktivitäts-Messsystemen (EMG) charakterisiert werden.

Leichtbautechnik Ein schonungsvoller Umgang mit Material- und Energieressourcen sowie ein kostenbewusstes Denken verlangen nach einer gewichtsoptimierten Gestaltung von Bautei-len. Viele Funktionen im Fahr- und Flugzeugbau oder in der Automationstechnik können nur durch den Einsatz hochfester sowie leichter Werkstoffe und einer leichtbaugerechten Gestaltung der Komponenten realisiert werden. Mit Hilfe adaptiver Werkstoffe und Strukturen kann bei Leichtbaustrukturen eine

Die Kernkompetenzen des IMES in Forschung und Entwicklung liegen im Bereich mechanisch hochbelasteter Strukturen. Dabei liegt der Fokus auf den drei Anwendungsgebieten Biomech- anical Engineering, Leichtbautechnik und angewandte Mechanik. Es werden Komponenten entwickelt, getestet sowie analytisch und experimentell simuliert.

Prof. Dr. Jürg [email protected] +41 58 934 72 27www.zhaw.ch/imes

Institut für Mechanische Systeme (IMES)

Institut für Mechanische Systeme (IMES)

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Institut für Mechanische Systeme (IMES)

massgeschneiderte dynamische Auslegung erreicht werden, die spezifisch auf das Frequenzspektrum der auftretenden Lasten ausgelegt ist. Dadurch können höhere Wirkungsgrade erreicht werden. Ebenso kann das nichtlineare Verhalten der aerodynami-schen oder hydrodynamischen Lasten berücksichtigt werden. Das IMES führt Entwicklungen von der Konzeptphase bis hin zur Abnahmeprüfung durch und unterstützt dabei die Kunden mit Fachwissen.

Angewandte Mechanik Mechanische Bauteile werden in ihrem Einsatz häufig extremen Bedingungen ausgesetzt. Turbinen- Rotoren beispielsweise erleben eine thermomechanische Bean-spruchung bei hohen Betriebstemperaturen. Die Ermüdung des Werkstoffes erfolgt durch eine Kombination von wechselnder Last und sich dabei verändernder Temperatur. Des Weiteren werden Bauteile im Einsatz vielmals zum Schwingen angeregt. Diese Wechselbelastung führt zu Ermüdung und Rissbildung im Material. Das IMES simuliert Bauteile bei statischer und dynamischer Beanspruchung sowie Schwingungen und validiert die Resultate experimentell. Zusammen mit Industriepartnern werden Bauteile optimiert und Schäden untersucht. Insbesondere kann dabei auch das nichtlinear elastische und zeitabhängige Verhalten von Werkstoffen wie gummiartigen Materialien sowie Kunststoff unter mechanischer Beanspruchung berücksichtigt werden. Die dazu benötigten Werkstoffkennwerte werden experi-mentell ermittelt. Das IMES schafft damit die Grundlage für eine optimale Entwicklung mechanischer Bauteile und Systeme.

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ProjektbeispielInstitut für Mechanische Systeme (IMES)

Der Simulator ermöglicht die Erforschung der Kräfte in der menschlichen Schulter.

Der experimentelle Schultersimulator am IMES dient zur Analyse der Biomechanik an der menschlichen Schulter. Damit können reale, muskulär wirkende Muskelkräfte so eingeleitet werden, dass der Oberarm und insbesondere das Schultergelenk mobili- siert werden können. Es besteht somit die Möglichkeit, Grundlagenabklärungen über Muskel- und Gelenkskräfte an der Schulter unter realen Bedingungen durchzuführen. Andererseits können auch Orthopädie- oder Osteosyntheseprodukte, welche am Ober- arm zur Anwendung kommen, auf Ihre Funktionalität und Stabilität getestet werden.

«Der Schultersimulator kann helfen, Medizin- produkte zu optimieren, indem man diese experimentell unter möglichst realen Bedingungen testet.»

Projekt Schultersimulator

Frank Dallmann Group Manager Entwicklung Obere Extremitäten, Mathys AG Bettlach

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Am IMPE erfolgt die Ermüdungsprüfung mit einem servohydraulischen Prüfsystem im Rahmen der Optimierung eines Reparaturverfahrens für Flugzeugtrieb- werkbauteile.

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Institut für Mechatronische Systeme (IMS)

JILAS ermöglicht es, schwere Lasten zu heben und passgenau einzufügen.

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Institut für Mechatronische Systeme (IMS)

Prof. Dr.-Ing. Hans Wernher van de Venn [email protected] Telefon +41 58 934 77 89 www.zhaw.ch/ims

Robotik und Automation Roboter und automatisierte Anlagen entlasten den Menschen in der modernen Industriegesellschaft von monotonen und gesundheitsschädigenden Arbeiten. Auto -mati sierung trägt ausserdem dazu bei, Energiekosten zu senken und die Wirtschaftlichkeit industrieller Prozesse zu steigern. Der Fokus des IMS liegt auf der Entwicklung anspruchsvoller Anwendungen, die über den heutigen Industriestandard hin-ausgehen. Systeme mit direkter Mensch-Roboter-Kooperation spielen dabei eine zentrale Rolle.

Regelungstechnik und Advanced Control Autopiloten in Flug- zeugen, Motormanagement in Fahrzeugen, Kühl- oder Wärme anlagen – geregelte Systeme werden immer dann ein gesetzt, wenn auf erfasste Messgrössen in irgendeiner Weise reagiert werden soll. Im Falle mechatronischer Systeme ist die optimale Abstimmung aller Teil komponenten (Mechanik, Aktorik, Sen- sorik und Regler) unter einander besonders wichtig. Am IMS liegt der Fokus deshalb auf der detaillierten mathematischen Abbildung von Systemen sowie der Ausarbeitung von geeigneten Regel algorithmen für industrielle Anwendungen.

Antriebstechnik und Leistungselektronik Antriebstechnik und Leistungselektronik befassen sich mit der Wandlung von elektrischer Energie in die vom Verbraucher benötigte Form sowie mit der Umwandlung von Strom in Kraft. Diese Themen sind sowohl im Alltag als auch in der Industrie für den ge - samten Energiefluss, von der Erzeugung bis zum Verbrauch, von zentraler Bedeutung. Am IMS liegt der Fokus auf der Entwicklung von leistungselektronischen Schaltungen für

In enger Kooperation mit nationalen und internationalen Industrie- und Hochschulpartnern realisiert das IMS innovative F&E- Projekte in den Bereichen Robotik & Automation, Regelungstechnik und Advanced Control, Antriebstechnik und Leistungselektronik, Medizintechnik, Vision & Navigation und Systemtechnik.

Institut für Mechatronische Systeme (IMS)

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Institut für Mechatronische Systeme (IMS)

alter native Energien, dem Design von optimierten Antriebs-strängen in der Elektromobilität sowie der Gestaltung von elektrischen Antrieben im Maschinen- und Anlagenbau.

Medizintechnik Ob assistierend oder vollautonom – mechatro- n ische Systeme spielen heutzutage sowohl bei medizinischen Eingriffen als auch bei Gesundheitsversorgung und Rehabilitation eine zentrale Rolle. Sie garantieren Präzision und Zuverlässig - keit und ermöglichen damit die Entwicklung optimierter Verfahren und Therapien, bei denen die Sicherheit des Patienten im Zentrum steht. Der Fokus des IMS liegt auf Systemen und Instru - menten in den Bereichen minimalinvasive Chirurgie, Rehabili - tation, Betreuung und Gesundheitsversorgung.

Systemtechnik Bei der Entwicklung mechatronischer Produkte ist der methodische, integrative Produktentwicklungsprozess von zentraler Bedeutung. Nur eine ganzheitliche Perspektive ermöglicht es, innovative Ansätze zu verfolgen und Systeme auch im Detail optimal zu konzipieren. Der Fokus des IMS liegt auf dem Gebrauch leistungsfähiger Methoden und Tools in der Produktentwicklung. Mit dem Einsatz unkonventioneller Aktoren und Sensoren ergeben sich innovative Lösungsansätze, die kostengünstig und gleich-zeitig robust sind.

Vision und Navigation GPS-Systeme, automatisierte Gesichts-erkennung, 3D-Objekterkennung und -Klassifizierung oder autonom navigierende Roboter – Anwendungen aus Vision und Navigation spielen sowohl im Alltag als auch in der Industrie eine immer wichtigere Rolle. Am IMS liegt der Fokus einerseits auf der Ver messung und Erkennung von Objekten und ande-rerseits auf der Entwicklung von autonomen mobilen Systemen aller Art.

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EU-Projekt Robo-MateIm Projekt Robo-Mate wird ein intuitiv steuerbares Exoskelett entwickelt, welches Industriearbeiter beim Heben und Tragen schwerer Lasten unterstützt. Robo-Mate soll damit insbesondere auch Erkrankungen des Bewegungsapparats vorbeugen und die entsprechend hohen Folgekosten für die Gesellschaft minimieren. Robo-Mate setzt auf direkte Mensch-Maschine-Interaktion, um die jeweiligen Stärken optimal ausnutzen zu können: Der Mensch bringt Intelligenz und Intuition mit, das Exoskelett Kraft und Präzision. Grösste Herausforderung ist dabei die intuitive Steuerbar - keit des Exoskeletts. Die komplexe Kombination aus ver schiedensten mechanischen, elektronischen und IT-Modulen macht Robo-Mate zu einem Paradebeispiel für Mechatronik. Das vom IMS geleitete Projekt wird in Zusammenarbeit mit zwölf Industrie- und Hochschulpartnern aus sieben europä ischen Ländern durchgeführt. Die involvierten Partner bringen komplementäres Know-how mit, was eine optimale Aus nutzung der jeweiligen Kompetenzen in den einzelnen Projekt etappen ermöglicht.

Institut für Mechatronische Systeme (IMS)

Robo-Mate bietet künftig Unterstützung für Industriearbeiter.

Projektbeispiel

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Institut für Nachhaltige Entwicklung (INE)

Wechselwirkungen zwischen Technik, Wirtschaft und Gesellschaft stehen im Forschungsmittelpunkt des INE.

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Nachhaltige Energiesysteme Wie können Energiesysteme gestaltet werden, damit sie vielfältigen Bedürfnissen nachhaltig gerecht werden? Das INE identifiziert zukunftsrelevante Themen und schätzt die Entwicklung von Technologien und deren Akzeptanz ab. Es untersucht Bedürfnisse sowie Verhalten von Individuen und entwickelt Gestaltungsprinzipien für nachhaltige Energieregionen und innovative Geschäftsmodelle.

Nachhaltige Transportsysteme Wie können individuelle Mobilität und übergreifende Logistikprozesse so gestaltet werden, dass die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit gestärkt wird und die Lasten für Mensch und Umwelt minimiert werden? Das INE stellt entsprechendes Kontextwissen und System- verständnis bereit. Es formuliert Anforderungen der Zukunft an Technologien, Mobilitätssysteme und Transportnetzstruktu-ren. Weiter analysiert es das Potenzial zukunftsfähiger Technolo- gien und innovativer Verkehrskonzepte. Auf dieser Basis erarbeitet das INE Empfehlungen für nachhaltige Mobilität.

Risikomanagement und Technology Assessment In diesem Bereich beschäftigt sich das INE mit folgenden Fragen: Wie lassen sich in einem Unternehmen oder in einer Organisation Risiken möglichst vollständig erfassen? Unter welchem Blick- winkel sollen Risiken bewertet werden? Wie können Stakeholder-Interessen in den Risikomanagement-Prozess einfliessen? Wie lässt sich der Auf- und Ausbau eines Risikomanagement-Systems mit Reifegrad-Modellen modularisieren? Was ist ein integriertes Risikomanagement? Und wie können Technologien umfassend bewertet werden?

Die Zukunft nachhaltig zu gestalten ist eine grosse Herausforderung. Das INE trägt zu ihrer Bewältigung bei, indem es anwen- dungsorientiert Wechselwirkungen zwischen Technik, Wirtschaft und Gesellschaft erforscht. Dabei kommen sozialwissen- schaftliche Methoden wie Systemdynamik, Foresight, Experimente, Experteninterviews, Befragungen und Multikriterienanalyse sowie statistisch-räumliche Analysen zum Einsatz.

Prof. Dr. Bettina [email protected] Telefon +41 58 934 76 69www.zhaw.ch/ine

Institut für Nachhaltige Entwicklung (INE)

Wechselwirkungen zwischen Technik, Wirtschaft und Gesellschaft stehen im Forschungsmittelpunkt des INE.

Institut für Nachhaltige Entwicklung (INE)

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ProjektbeispielInstitut für Nachhaltige Entwicklung (INE)

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ProjektbeispielInstitut für Nachhaltige Entwicklung (INE)

Innovative Lösungen für die Energiewende sind der Fokus von SCCER CREST.

Im Rahmen des Aktionsplans «Koordinierte Energieforschung Schweiz» fördert die KTI interuniversitär vernetzte Forschungskompetenzzentren, die Swiss Competence Centers for Energy Research (SCCER). Diese verfolgen das Ziel, zusätzliche Kompetenzen an den Hochschulen aufzubauen, um die Energiewende realisieren zu können. Unter Co-Leitung der ZHAW (INE und Center for Innovation and Entrepreneurship) entwickelt das Competence Center for Research in Energy, Society and Transition (CREST) Policy-Empfehlungen zur Reduktion des Energieverbrauchs, zur Förderung von Inno- vationen und zur Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energien. Das Competence Center umspannt die Bereiche Ökonomie, Umwelt, Gesetzgebung sowie soziales Verhalten. Ziel ist es, die Treiber und Barrieren in puncto Energieeffizienz zu analysieren, Strategien zur Anpassung an die neuen Gegebenheiten des Energiesystems für Firmen und Regionen vorzugeben und schliesslich neuartige Bewertungs-Tools für politische und techno-logische Lösungsansätze sowie innovative Konzepte für die Energiepolitik zu entwickeln. Das SCCER CREST verbindet Forschungsgruppen aus der ganzen Schweiz und bearbeitet relevante Lücken in der Energie-Forschungslandschaft. Die Institution wird zu einem der weltweit wichtigsten Forschungszentren in diesem Bereich avancieren und in enger Zusammenarbeit mit privaten und öffentlichen Partnern sowie den anderen SCCER stehen.

SCCER CREST

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Institute of Computational Physics (ICP)

Das Bild zeigt simulierte Strompfade durch einen wenige Mikrometer grossen Ausschnitt einer mikrostrukturierten Brennstoffzellen-Elektrode.

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Seit über 20 Jahren entwickelt das ICP Multiphysik-Computer- modelle auf Basis von Finite-Elemente-Methoden, mit denen beispielsweise Personenströme an Grossanlässen wie der Street Parade simuliert oder die Beständigkeit von ultradünnen Solarzellen untersucht werden. Darüber hinaus betreibt das ICP ein Labor für Optoelektronik zur Entwicklung von opto- elektronischen Materialien und neuen optischen Messverfahren. Gemeinsam mit seinen Partnern aus Wissenschaft und Industrie erarbeitet das ICP Lösungen für konkrete Probleme, beispielsweise wie Beschichtungen berührungslos gemessen oder Alterungsprozesse von Brennstoffzellen gebremst werden können.

Fünf Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte:– Sensoren und Aktuatoren (Mikrosystemtechnik)– Elektrochemische Zellen und Energiesysteme– Organische Elektronik und Photovoltaik– Modellierung mikrostrukturierter Materialien– Entwicklung von Multiphysik-Software

Vier Spin-off-Firmen:– NM Numerical Modelling AG, www.nmtec.ch– FLUXiM AG, www.fluxim.com– Winterthur Instruments GmbH, www.winterthurinstruments.com– Dermolockin GmbH, www.dermolockin.com

Drei Numerische Software-Pakete:– FE-Multiphysik SESES, www.nmtec.ch– Optoelektronik SETFOS, www.fluxim.com– Elektrochemie PECSIM, www.pecsim.ch

Weiterführende Informationen enthält der jährlich online veröffentlichte ICP-Forschungsbericht.

Im ICP beschäftigt sich ein Team von Physikern, Mathematikern und Ingenieuren damit, Methoden und Ergebnisse aus der Grundlagenforschung auf Problemstellungen der Indus- trie anzuwenden.

Prof. Dr. Thomas [email protected] +41 58 934 78 37www.zhaw.ch/icp

Institute of Computational Physics (ICP)

Institute of Computational Physics (ICP)

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ProjektbeispielInstitute of Computational Physics (ICP)

Klinisches Bild einer Hautläsion (oben links) im Vergleich mit Aufnahmen der Infrarot- kamera, auf denen stärker durchblutete Stellen farblich erkennbar sind.

Das ICP entwickelt eine innovative Untersuchungsmethode zur Diagnose von Hautkrebs. Die Idee des Projektes ist die Detektion von Hautkrebs mittels Lock-in-Thermographie. Lock-in-Thermographie ist ein berührungsloses Prüfverfahren, das mittels gezielter Tempera-turschwankungen und einer hochsensiblen Infrarotkamera Heterogenitäten in Ober- flächen bildhaft darstellt. Die Haut wird während der Messung mit periodisch wechselhaft temperierter Luft stimuliert. Die auf der Hautoberfläche ausgelösten Temperaturschwan- kungen werden mithilfe einer Infrarotkamera erfasst. Aufgrund ihrer unterschiedlichen thermischen und metabolischen Eigenschaften liefert die Infrarotkamera für gesunde Haut und Läsionen unterschiedliche Signale. Das Diagnosesystem wird am Universitäts- spital Genf in der Dermato-Onkologie während zweier Jahre zur klinischen Studie einge- setzt. Werden aussagekräftige Resultate erzielt, könnten Dermatologen dem Haut- krebs schon bald mit einem neuen Instrument begegnen.

Dem Hautkrebs auf der Spur

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ProjektbeispielInstitute of Computational Physics (ICP)

Das Diagnosesystem verfügt über eine Infrarotkamera.

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Institute of Embedded Systems (InES)

Industrielle Kommunikationslösungen gehören zu den Kompetenzen des InES.

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Real Time Ethernet Real Time Ethernet erlaubt deterministische, schnelle und zuverlässige Kommunikation zwischen verteil- ten Geräten, die in hochperformanten Systemen vernetzt sind. Die Forschung des InES beinhaltet die Entwicklung, Optimie- rung und Verifikation von international standardisierten Protokollen sowie applikations- und kundenspezifischen Systemen.

Hochverfügbare und sichere Systeme Bei einer zunehmenden Anzahl von Applikationen könnte eine Fehlfunktion zu gravie- renden Schäden an Leben und Material führen. Um diesen Risiken entgegenzuwirken, werden am InES spezielle Hardware-/ Software-Designs, Entwicklungsprozesse sowie Tools erforscht und entwickelt.

Entwicklungsmethoden für verteilte Embedded Systems Die Entwurfsmodelle für Embedded Software unterscheiden sich grundsätzlich von denen der Informationssysteme. Mittels Model Driven Design und unserer zugehöriger Tool-Landschaft lässt sich zuverlässige und deterministische Software für Embedded Systems entwickeln und verifizieren.

Wireless Communication Aus der Umgebung (z. B. Licht, Wärme, Bewegung oder Radiowellen) können kleine Mengen an elektrischer Energie gewonnen und damit geeignete Micro- controller-Systeme betrieben werden. Diese energieoptimierten und vernetzten Systeme erfassen ihre Umwelt und reagieren darauf mit Hilfe von Sensoren und Aktoren.

Verteilte eingebettete Systeme sowie industrielle Kommunikations- lösungen sind die Kernkompetenz des InES. Das Institut ent- wickelt Hardware- und Software-Komponenten für die Vernetzung sowie Methoden und Tools für die Entwicklung von sicheren Systemen. Mit seinen hochwertigen Referenzimplementierungen bietet es einen raschen und risikoarmen Zugang zu innovativen und kostengünstigen Lösungen und einen effizienten Technologie-transfer für die Industrie.

Prof. Thomas Mü[email protected] +41 58 934 75 09www.zhaw.ch/ines

Institute of Embedded Systems (InES)

Institute of Embedded Systems (InES)

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Institute of Embedded Systems (InES)

Zeitsynchronisation Die durch ein verteiltes System erbrachte Gesamtfunktion erfordert oft eine zeitliche Koordination der vernetzten Knoten. Der flexibelste Lösungsansatz besteht darin, eine gemeinsame Zeitbasis zu schaffen, indem in jedem Knoten eine über das Netzwerk synchronisierte Uhr betrieben wird.

Audio/ Video Datennetze sind mittlerweile so leistungsfähig, dass sie sich als Transportmittel von Audio- und Videosignalen anbieten. An den Übergängen zwischen konventionellen Audio-/Videoschnittstellen und dem Netzwerk werden anspruchs-volle und verarbeitungsintensive Funktionen benötigt wie Kompression, Synchronisation, Verschlüsselung etc.

Microcontroller- und Prozessor-ArchitekturenApplikationen mit speziellen Anforderungen wie hoher Verar- beitungsgeschwindigkeit oder tiefer Leistungsaufnahme erfordern spezielle Designs aus Standardbauteilen, aufgabenspezifischen Komponenten sowie applikationsspezifischen Hardware-/Software- Komponenten. Dabei gilt es, das Verhältnis von Kosten, Performance und Energieverbrauch möglichst zu optimieren.

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ProjektbeispielInstitute of Embedded Systems (InES)

Die im Projekt entwickelte Technologie kommt unter anderem im Tonstudio zum Einsatz.

Professionelle Media Service Provider wie Rundfunkhäuser oder Produktionsstudios verwenden Systeme zur Verteilung von Mediadaten (Audio, Video, Steuerdaten) in Echtzeit. Damit werden Studios, Funkhäuser, Veranstaltungsorte und Übertragungswagen ver- netzt. Derzeit erfolgt dies mit spezialisierten proprietären Systemen. Im Projekt Media over IP wurde eine offene Technologie zur Übertragung von Echtzeit-Mediadaten entwickelt. Als Basis dienen geeignete IP-Protokolle und standardisierte Netzwerktechnologien (Ethernet). Dank einer präzisen Zeitsynchronisation aller beteiligten Komponenten wird eine nahezu phasenstarre Übertragung von beliebigen Media Clocks ermöglicht. Weitere wesentliche Eigenschaften sind die äusserst niedrige Über- tragungslatenz sowie eine maximale Übertragungssicherheit durch die simultane Verwendung von zwei unabhängigen Signalpfaden. Die Technologie wird von der Lawo-Tochter ALC NetworX unter dem Namen RAVENNA verbreitet und stösst im Markt auf breite Akzeptanz. Das Partnerprogramm umfasst bereits über 30 Firmen aus der Audio-Branche. Die RAVENNA-Technologie wurde u.a. für diverse hochkarätige Klassik-Aufnahmen von Merging Technologies und wäh- rend der Fussball-WM 2014 im Rahmen von Live-Übertragungen von Lawo eingesetzt.

«Die Zusammenarbeit mit dem InES im Projekt Media over IP gestaltete sich sehr angenehm und erfolgreich; die hohe fachliche Kompetenz der am Projekt beteiligten Mitarbeiter war Grundlage für einen zielführenden Abschluss.»

Projekt Media over IP

Andreas Hildebrand Senior Product Manager, ALC NetworX

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Institute of Materials and Process Engineering (IMPE)

Ein keramisches Membran- element wird gebrannt.

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Beispiele sind Materialien zur Erhöhung der Lebensdauer von Komponenten oder der Effizienz von Brennstoffzellen, Beschichtungen zur Verhinderung der Vereisung von Wind- energieanlagen oder zur Erhöhung der Verschleissbeständigkeit exponierter Oberflächen, reaktive Klebstoffe für die Textil- verklebung sowie Verfahren und Prozesse zur Methanisierung, Brennstoffaufbereitung, Abgasbehandlung und zur chemi- schen Energiespeicherung.Dabei begleitet das IMPE seine Projektpartner von der Idee über die Entwicklung bis zur Implementierung in der Produktion.

Der Fokus der Aktivitäten der rund 40 Mitarbeitenden in For-schung und Entwicklung liegt auf den Schwerpunkten Oberflächentechnik, Werkstoffe sowie Verfahrensentwicklung. Die Nanotechnik ist eine Querschnittstechnologie dieser Schwerpunkte.

Oberflächentechnik Polymere Beschichtungen (Lacke, Farben), Sol-Gel-Beschichtungen, Hybridbeschichtungen, keramische, metallische und katalytische Beschichtungen, Funktionalisierung von Oberflächen, Tribologie, Haftvermittlung und Klebstoff- technologie.

Werkstoffe Faserverbundwerkstoffe (Advanced Carbon Compo- sites), Nanoverbundwerkstoffe, Klebstoffe, funktionelle Polymere und Polymerblends, Polymer-Keramik-Hybridwerkstoffe, Hochleistungskeramik, metallische Hochtemperaturwerk- stoffe, Smart Materials, Prozess- und Abgaskatalysatoren, Werkstoffermüdung und Schadenanalyse.

Verfahrensentwicklung Membrantrennverfahren, Trennung und Anreicherung durch Sorption, Rektifikation und Absorption,

Das IMPE verfügt über umfassende Kompetenzen in Materialwissen-schaften und Verfahrenstechnik, deren Kombination die Entwick- lung von innovativen Materialien, Beschichtungen und Herstellungs- verfahren sowie von Prozessen und Anlagen ermöglicht.

Prof. Dr. Andreas H. [email protected] +41 58 934 73 51www.zhaw.ch/impe

Institute of Materials and Process Engineering (IMPE)

Institute of Materials and Process Engineering (IMPE)

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Institute of Materials and Process Engineering (IMPE)

heterogene Katalyse, katalytische Methanisierung, Wärme- speicherung mit mineralischen Speichern, Verbindungstechnik (mechanisch, kleb- und schweisstechnisch), Wärmebehand- lungen, keramische Formgebung, Beschichten, Compounding und Extrusion und 3D-Printing.

Partnern des IMPE steht für gemeinsame F&E-Projekte und Dienstleistungen eine hochmoderne Infrastruktur für Entwicklung, Prüfung, Analytik und Charakterisierung von Materialien und Beschichtungen sowie für die Verfahrens- und Prozess- technik zur Verfügung.Durch nationale und internationale Kooperationen werden die Kompetenzen des IMPE ständig erweitert.

Eine IMPE-Mitarbeiterin ist bei der Oberflächencharakterisierung

mittels Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie.

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ProjektbeispielInstitute of Materials and Process Engineering (IMPE)

Das IMPE unterstützt seit vielen Jahren die Entwicklung und Optimierung der Brennstoff- zellentechnologie der Winterthurer Firma Hexis. In einem von der KTI geförderten Gemeinschaftsprojekt wurde ein neuartiges, multifunktionelles, katalytisches Abgas- behandlungssystem für Brennstoffzellenheizgeräte auf Basis von funktionell beschichteten, druckverlustarmen Keramikträgern entwickelt und in Langzeitversuchen hinsichtlich deren Performance untersucht. Dabei ergänzten sich die am IMPE vor- handenen Kompetenzen und Ressourcen in Materialentwicklung, Prozess- und Verfahrens-technik sowie Analytik in idealer Weise. Die Verbesserung des Herstellungsprozesses im Labor für keramische Materialien führte zu neuartigen Filterelementen, die auf einem vom Labor für Verfahrenstechnik konzipierten Prüfstand unter simulierten Einsatz- bedingungen evaluiert wurden. Die begleitende chemische Analytik erlaubte dazu genaue Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit der neuen Materialien. Am Ende des Projekts konnte dem Industriepartner ein Produkt an die Hand gegeben werden, welches in den Geräten der neuesten Generation erprobt wird.

KTI-Projekt: Entwicklung keramischer Abgasreinigungsfilter für Brennstoffzellenheizgeräte

Multifunktionelles keramisches Abgasreinigungselement mit nanostrukturierter Katalysatorbeschichtung.

50 mm

2 µm

100 mm

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Moderne Infrastruktur: Arbeiten im LEA-Labor des IMS.

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Zentrum für Aviatik (ZAV)

Der vom ZAV selbst entwickelte Windkanal dient Forschungs- und Ausbildungszwecken.

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Aerodynamik und Flugmechanik Dieser Fachbereich befasst sich in erster Linie mit der aerodynamischen Auslegung von Flug- zeugen und der daraus resultierenden Optimierung der Flug- und Stabilitätseigenschaften. Das Zentrum für Aviatik verfügt über Kompetenzen und Methoden in der numerischen Strömungs- berechnung (CFD) und in der Durchführung von Windkanalver-suchen. Unter anderem steht dafür ein am ZAV entwickelter Low-Speed-Windkanal zur Verfügung.

In der Entwicklung und Modifikation von Fluggeräten werden die Flugeigenschaften in der Regel mit Hilfe von Simulationen ermittelt, ausgewertet und beurteilt. Im ZAV steht eigens dafür der ReDSim-Forschungssimulator zur Verfügung. Damit werden dynamische Simulationsmodelle programmiert, mit welchen die computergestützten Berechnungen durchgeführt werden können.

Human Factors und aeronautische Kommunikation Mit der zunehmenden Komplexität der in der Luftfahrt eingesetzten Systeme steigt auch die Komplexität der Aufgaben und Anforde-rungen an den Menschen. Deshalb befasst sich dieser Fach-bereich mit der Beobachtung der menschlichen Leistungsfähigkeit in verschiedenen Berufszweigen der Luftfahrt und der Entwick- lung von Trainingstools und Methoden, die den Menschen in seiner Arbeit unterstützen und entlasten sollen.

Der ReDSim-Forschungssimulator wird auch für Forschungs- zwecke im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion eingesetzt, beispielsweise für den Einsatz von Spracherkennung im Cockpit. Die einwandfreie und unmissverständliche Kommuni-

Das ZAV arbeitet interdisziplinär und bearbeitet komplexe Frage- stellungen der Luftfahrtbranche aus einer Hand. Es verbindet verschiedene Technologien, Methoden und Wissensgebiete mit dem Ziel, die Herausforderungen der globalen Mobilität der Zukunft zu meistern und Wege zu erforschen, um sie effizienter und sicherer zu gestalten.

Dr. Michel [email protected] +41 58 934 67 93www.zhaw.ch/zav

Zentrum für Aviatik (ZAV)

Der vom ZAV selbst entwickelte Windkanal dient Forschungs- und Ausbildungszwecken.

Zentrum für Aviatik (ZAV)

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Zentrum für Aviatik (ZAV)

kation ist für die sichere und effiziente Abwicklung des internatio-nalen Luftverkehrs unerlässlich. Das Zentrum für Aviatik verfügt über Kompetenzen im Bereich der aeronautischen Kommunikation und in der Entwicklung von Sprachtests für Piloten und Flug-lotsen. Das Zentrum für Aviatik hat im Frühling 2013 einen Partner- schaftsvertrag mit Eurocontrol unterzeichnet und trägt seither die Verantwortung für den Unterhalt und die Weiterentwicklung des ELPAC-Sprachtests von Eurocontrol.

Systemintegration und Strukturintegrität Dieser Fachbereich fokussiert auf die Integration von komplexen Systemen im Umfeld von Technik und Operation in der Aviatik. In der Entwick- lung neuer Flugzeuge spielen elektrische Systeme eine zunehmend wichtige Rolle. Diese Systeme müssen integriert werden, um den sicheren Luftverkehrsbetrieb gewährleisten zu können.

Im Bereich Air Traffic Management umfasst das Tätigkeitsfeld des Zentrums für Aviatik die Entwicklung technisch ausgereifter Messinstrumente und die Implementierung spezifischer Mess- methoden in der atmosphärischen Grenzschicht. Das ZAV verwendet dafür unter anderem das autonom fliegende Messflug-zeug UMARS als Trägerplattform. Zur Analyse von Windfeldern und Wirbelschleppen steht ausserdem ein modernes LIDAR-Gerät zur Verfügung.

Die Strukturintegrität spielt vor allem bei der Umsetzung von modernen Fertigungsverfahren und im Einsatz von Hybrid-Struk- turen eine wichtige Rolle. Sie beeinflusst die Auslegung neuer Flugzeuge massgeblich, da sie über die gesamte Einsatzdauer des Flugzeuges sichergestellt werden muss. Das Zentrum für Aviatik entwickelt neuartige Testkonzepte und Auswertungs- verfahren, welche die Strukturintegrität gewährleisten.

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ProjektbeispielZentrum für Aviatik (ZAV)

ZAV-Mitarbeitende führen Untersuchungen an der AGILE- Turbine durch.

Das aerodynamische Funktionsprinzip der Windkraftanlage der Firma AGILE WIND POWER AG ist Gegenstand eines Forschungsprojekts des Zentrums für Aviatik (ZAV). Untersucht wird, wie die Strömung die Leistung der Turbine beeinflusst. Da dies mithilfe von Simulationsprogrammen nur sehr aufwändig und begrenzt möglich ist, untersucht das ZAV die aerodynamischen Eigenschaften experimentell im Wind- kanal. Dafür nutzt das Institut sein vorhandenes Know-how in den Bereichen der Planung, Durchführung sowie Auswertung von Windkanalversuchen und erkennt die in der Windturbine herrschenden dynamischen Strömungsphänomene. Die Windkanaltestreihe und die Untersuchungen am ZAV tragen zu einem vertieften Verständnis der Funk- tionsweise der Turbine bei und dienen so der weiteren Optimierung.

«Mit den Untersuchungen des ZAV konnten wir das Potenzial der AGILE-Technologie erstmals abschätzen. Die gewonnenen Daten sind nun entscheidend für die nächsten Schritte in diesem innovativen Projekt.»

AGILE-Turbine im Windkanalmodell

Patrick Richter CEO der AGILE Wind Power AG

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Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP)

Das ZPP gelangt von der Vision zum Produkt – dank neuartiger Methoden, Tools und Verfahren.

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Innovation Playground & Development Das ZPP erforscht neue technische Lösungen für die gesellschaftlichen Herausforde-rungen in den Bereichen Energie, Mobilität und Gesundheit. Für die Generierung und Umsetzung von Visionen, Geschäfts- und Produktideen unterstützt das ZPP seine Partner mit kreativen Ideen, einem grossen Erfahrungsspektrum und seiner Innovationsmethodik. Die Mitarbeitenden sind in der Lage, verschiedenste Fach- und Branchenkenntnisse zu kombinieren, um so die wirtschaftliche und technische Machbarkeit von Visionen zu klären. Für die Entwicklung von Funktionsmustern und Testaufbauten und für die Entwicklung und Konstruktion des marktfähigen Produktes nutzt das ZPP moderne Methoden und Tools. Seine Expertise in Innovationsprozess-Methoden ver- mittelt das ZPP in Weiterbildungsangeboten und individuellen Beratungen und Seminaren.

3D-Experience Das ZPP kennt die neusten 3D-Tools und CAx-Technologien, um Innovationsprozesse zu beschleunigen und die Qualität von Produkten und Prozessen zu verbessern. Im 3D-Lab kann das ZPP die reale Welt in virtuellen 3D-Proto- typen abbilden, um Ergonomie- und Haptikstudien, Bewegungsanalysen, Simulationen und hochwertige Visualisie- rungen vor der Produktion eines realen Prototyps zu erstellen. Mit kundenspezifischer Nischensoftware optimieren die Forschen-den dabei die Prozessabläufe in den CAx-Anwendungen – von der ersten Skizze bis zum komplexen NC-Fertigungsprogramm.

Das ZPP ist spezialisiert auf innovative Produkt- und Prozessent- wicklung im Maschinenbau – von der Vision bis zum Produkt. Im Fokus der Forschung stehen neuartige Methoden, Tools und Verfahren für einen optimierten und effizienten Produktentwick- lungsprozess. Das Forschungsteam ist aber auch in der Lehre und Weiterbildung tätig. Das ZPP verfügt über Kompetenzen und moderne Infrastruktur in den drei Schwerpunkten Innovation Play- ground and Development, 3D-Experience und Advanced Production Technologies.

Adrian [email protected] +41 58 934 71 02www.zhaw.ch/zpp

Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP)

Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP)

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Zentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP)

Advanced Production Technologies Advanced Production Technology am ZPP ist die Anwendung neuer, wirtschaftlicher Fertigungsverfahren. Hierzu zählen insbesondere die addi- tiven Fertigungsverfahren (3D-Druck) und die spanende 5-Achs-Bearbeitung. Die optimale Kombination dieser beiden Ver- fahren (Hybridfertigung) ermöglicht die erfolgreiche Umsetzung einer innovativen Produktentwicklung. Das ZPP erforscht neue additive Verfahren, insbesondere das Selective Laser Melting (SLM), entwickelt die dazugehörigen Maschinen und bestimmt die optimalen Prozessparameter. Für diese Fertigungsverfahren evaluiert das ZPP geeignete Einsatzgebiete und entwickelt qualitativ hochwertige Bauteile und Produkte in Metall und Kunst- stoff. Mit seiner modernen Laborinfrastruktur und Werkstatt- einrichtung stellt das ZPP Versuchsaufbauten, Prototypen und Kleinserien für studentische Arbeiten sowie Forschungs- und Entwicklungsprojekte her.

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ProjektbeispielZentrum für Produkt- und Prozessentwicklung (ZPP)

Mit dem Gangtrainer können Menschen wieder gehen lernen.

Als Folge eines Schlaganfalls und anderer neurologischer Erkrankungen sind viele Menschen in ihrer Gehfähigkeit eingeschränkt oder können gar nicht mehr gehen. Um den betroffenen Patienten das Gehen wieder beizubringen, werden im Zuge der neuro- logischen Rehabilitation sogenannte automatisierte Gangtrainer eingesetzt. Zusammen mit der Firma ABILITY Switzerland hat das ZPP die Entwicklung eines solchen Gangtrainers vorangetrieben. Im Gegensatz zu den bestehenden Modellen ist der neu entwickelte Gangtrainer mit dem Namen LYRA® dank seiner einfachen und kostengünstigen Mechanik auch für kleine bis mittelgrosse therapeutische Zentren und Kliniken erschwinglich.

«Unsere Vision war es, ein kostengünstiges Rehabilitationsgerät speziell für Patienten zu entwickeln, welche aufgrund einer neurologischen Erkrankung in ihrer Mobilität eingeschränkt sind. Das ZPP hat es geschafft, mit einfachen mechanischen Bauteilen eine komplexe Bewegung zu ermöglichen.»

Projekt Gangtrainer

Kean Madjdpour Co-Founder von ABILITY Switzerland

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Zentrum für Signalverarbeitung und Nachrichtentechnik (ZSN)

Digitale Signalverarbeitung ist ein Schwerpunkt am ZSN.

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Elektronik-Hochfrequenztechnik Im Fokus stehen das Design von RF-Sendern, Empfängern und Antennen, die RF-Mess- technik, die analoge Signalverarbeitung sowie die Low-Noise und Low-Power-Elektronik.

Nachrichtentechnik und Wireless Communication Im Vorder-grund steht die Wireless-Kommunikation auf der physikali- schen Ebene. In diesem Zusammenhang werden unter anderem die Datenkompressionsverfahren, die Fehlerkorrektur-Mechanis-men, die Modulationsverfahren, die Medien-Zugriffs-Verfahren und die Funkausbreitung betrachtet. Die Lösungsvarianten reichen von Software-Defined-Radio-Strukturen bis zu kommerziell verfügbaren System-on-Chip-Modulen. In den letzten Jahren ist viel System-Know-how über RFID, Bluetooth-Smart, WLAN, DAB, GPS und ADS-B aufgebaut worden.

Digitale Signalverarbeitung Im Fokus stehen der Entwurf und die Simulation von Algorithmen für die Verarbeitung von Audio-, Bild- und Mess-Signalen aller Art sowie die effiziente Imple- mentierung auf verschiedenen Mikrocontrollern, Signalprozesso-ren oder CPLD/FPGAs.

Das ZSN entwickelt Hardware- und Software-Lösungen für Nachrichten- und Mess-Systeme. Der Fokus liegt auf der Optimierung der Signalkette von der Antenne bzw. dem Sensor bis zur digi- talen Auswertung. In enger Zusammenarbeit mit den Industriepart-nern entwickelt das ZSN innovative Lösungen und bringt dabei nicht nur theoretisches Know-how, sondern auch langjährige Erfahrung in Produktedesign ein. Das ZSN beschäftigt sich mit den folgen- den drei Schwerpunkten.

Prof. Dr. Marcel [email protected] +41 58 934 71 29 www.zhaw.ch/zsn

Prof. Roland Kü[email protected] +41 58 934 72 49www.zhaw.ch/zsn

Zentrum für Signalverarbeitung und Nachrichtentechnik (ZSN)

Digitale Signalverarbeitung ist ein Schwerpunkt am ZSN.

Zentrum für Signalverarbeitung und Nachrichtentechnik (ZSN)

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ProjektbeispielZentrum für Signalverarbeitung und Nachrichtentechnik (ZSN)

In Kooperation mit der Schweizerischen Luftraumüberwachung Skyguide hat das ZSN ein mobiles System zur Positionsbestimmung von Verkehrsflugzeugen entwickelt. Im Gegensatz zu radargestützten Systemen basiert die Positionsbestimmung hier auf Multilateration. Dabei werden vom Flugzeug automatisch ausgesendete Meldungen von räumlich verteilten Empfängerstationen detektiert – aus den Laufzeit-Differenzen lässt sich dann die Position des Flugzeugs auf etwa acht Meter genau bestimmen. Zu den Besonderheiten unseres Ortungssystems gehört dabei, dass es mobil ist, sich von einer Person transportieren lässt, und – etwa an schwer zugänglichen Orten – über einen längeren Zeitraum mit Batterien betrieben werden kann. Durch die hohe Genauigkeit und geringen Kosten ergeben sich zahlreiche praxisrelevante Einsatzmög- lichkeiten, etwa bei der Entwicklung neuer Fluglärm-Modelle oder zur Unterstützung des Radars auf Flughäfen. Dieses interdisziplinäre Projekt kombiniert spannende Fragestellungen aus den Bereichen Wireless Communication, Hochfrequenz-Elektronik und digitale Signalverarbeitung mit Microcontroller, FPGA und PC Parallel Computing.

«Die professionelle, flexible und lösungsorientierte Zusammen- arbeit mit dem ZSN hat es ermöglicht, mit geringem Zeit- und Ressourcenaufwand ein mobiles und autonomes Multilatera-tions-System zu entwickeln. Im praktischen Einsatz gewähr- leistet dieses neuartige System ein unabhängiges und genaues Monitoring der Trajektorien von Verkehrsflugzeugen.»

Mobiles Multilaterations-System zur Lokalisierung von Verkehrsflugzeugen

Dr. Maurizio Scaramuzza Head CNS Expert Group, skyguide – swiss air navigation services ltd.

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ProjektbeispielZentrum für Signalverarbeitung und Nachrichtentechnik (ZSN)

Das mobile Ortungssystem im Koffer mit Aufstellantenne ist leicht zu transportieren.

Zurich Airport

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3D Mosaic: Mobile Robotik für den Outdoor-Einsatz.

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3D Mosaic: Mobile Robotik für den Outdoor-Einsatz.

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Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften

School of Engineering

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