Studieninteressierte

Allgemeine Information zum Studiengang

Ziel und Inhalt des Studiums

Das anwendungsorientierte Master-Studium CAE ist auf die Qualifizierung künftiger ziviler und militärischer Fach- und Führungskräfte im Berufsfeld des Ingenieurs ausgerichtet.

Das Ziel des Master-Studiengangs ist es, das Wissen der Studierenden aus den Bachelor-Studiengängen Maschinenbau bzw. Technische Informatik und Kommunikationstechnik zu erweitern und zu vertiefen sowie die Absolventinnen und Absolventen in die Lage zu versetzen, Problemstellungen aus dem maschinenbaulichen und elektrotechnischen Ingenieurwesen sowie der Informatik zu erkennen, zu analysieren und auf Basis wissenschaftlich fundierter Methoden zu lösen.

Die Grundsäulen des Studiengangs - die technischen Disziplinen Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik - prägen viele Bereiche unseres alltäglichen Lebens. Nahezu jedes technische Produkt besteht mittlerweile aus mechanischen, elektrotechnischen und informatikspezifischen Elementen und erfordert bei seiner Herstellung eine entsprechende Expertise. Informatiker, Maschinenbau- und Elektrotechnikingenieure bringen bei der Produktentwicklung ihre fachspezifischen Kompetenzen ein, wobei die Grenzen zwischen den Disziplinen immer fließender werden.

Nach erfolgreichem Abschluss des Studiums sind die Studierenden in der Lage, Besonderheiten, Grenzen, Terminologien und Lehrmeinungen im Themenbereich des computergestützten Engineerings zu definieren und zu interpretieren. Sie verfügen im Themenbereich ihrer gewählten Vertiefungen über ein breites, detailliertes und kritisches Verständnis auf dem neuesten Wissensstand. Absolventinnen und Absolventen des Masterstudiums CAE sind in der Lage, ihr vorhandenes Wissen sowie ihre erworbenen Problemlösungskompetenzen auf diese neuen und komplexen inter- und multidisziplinären Aufgabenstellungen anzuwenden und diesbezüglich wissenschaftlich fundierte Entscheidungen zu treffen.

Ingenieurinnen und Ingenieure des Maschinenbaus, der Elektrotechnik sowie der Informatik sind in der beruflichen Praxis beispielsweise mit Aufgabenstellungen wie der Auslegung, Steuerung und Programmierung moderner fliegender oder fahrender Plattformen, der Verkürzung von Entwicklungszyklen, der Materialeinsparung, der Qualitätsverbesserung oder der Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit betraut. Diese Anforderungen lassen sich heutzutage in der Regel nur mit dem Einsatz einer Vielzahl rechnergestützter Werkzeuge lösen. Hier spielen unter anderem die Fähigkeiten zur Abstraktion, zur Modellbildung und zur Simulation eine wichtige Rolle, aber auch die Konzeption und der Aufbau von experimentellen Prüfplätzen bzw. Demonstratoren. Durch die Bearbeitung praxisrelevanter Anwendungsbeispiele werden die Studierenden auf diese künftigen Herausforderungen qualifiziert vorbereitet. Sie sind somit in der Lage, forschungs- und anwendungsorientierte Projekte weitgehend autonom durchzuführen und zu steuern.

Neben der Vermittlung von wissenschaftlichen Fachkenntnissen wird - durch entsprechende Lehrveranstaltungsformen - auch die Persönlichkeitsentwicklung sowie der Erwerb von Führungswissen und Führungstechniken zur Übernahme ingenieurtechnischer Leitungsaufgaben gefördert.

Rechnergestützte Produktentstehung

Vom ersten Produktkonzept über den Bau von Prototypen bis zur Serienproduktion unterstützen rechnerbasierte Systeme, die sogenannten CAx-Technologien, die Ingenieure bei der Konstruktionsarbeit, der weltweiten Teamarbeit, der Planung und Durchführung des Produktionsprozesses, der Abstimmung mit Lieferanten und Partnern. Die Studierenden lernen bzw. vertiefen die theoretische Basis für die Abläufe in der Produktentstehung unter Berücksichtigung der Rechnerunterstützung, verstehen die komplexen Zusammenhänge sowie den Aufbau der dazu eingesetzten rechnergestützten Werkzeugen und praktizieren das erworbene Wissen und den Umgang mit CAx-Anwendungen an praxisnahen Aufgabenstellungen. Damit wird das Ziel der Vertiefung erreicht: an einem effizienten und effektiven Produktentstehungsprozess teilnehmen und ihn gestalten zu können.

Die Studierenden erhalten in dieser Vertiefung Kenntnisse über die wichtigsten Funktionen mächtiger parametrischer 3D-CAD-Systeme, der Vermittlung der organisatorischen und informationstechnischen Grundlagen einer schnelleren und besseren Entwicklung von Produkten und Prozessen. Des Weiteren wird sich mit dem Prozess der technischen Auftragsabwicklung sowie mit den einzelnen rechnergestützten Hilfsmitteln der technischen Auftragsabwicklung beschäftigt - dies insbesondere im Bereich der Produktionsplanung als Voraussetzung für die Fähigkeit, diese erfolgreich anzuwenden und weiterzuentwickeln. Außerdem werden vertiefte Kenntnisse der innovativen Möglichkeiten zur Herstellung von physischen Prototypen und Werkzeugen für Prototypen-Serien und Vorserien sowie zur Entwicklung schneller und reaktionsfähiger Produktionsprozesse in Theorie und Praxis (Rapid Technologien) vermittelt und praktische Erfahrungen mit Prototyp-Realisierungstechniken gesammelt. Des Weiteren wird ein Überblick über die vielfältigen Möglichkeiten der Rechnerunterstützung in der Produktentwicklung und deren Grenzen gegeben und sich mit der Vermittlung von Kenntnissen über Grundlagen der Entwicklungsmethoden in den Ingenieurswissenschaften befasst. Die Studierenden erlernen weiterhin eine methodische, zielgerichtete Arbeitsweise zur Entwicklung technischer Systeme. Neben der Vorstellung der Methoden werden Kenntnisse über geeignete Hilfsmittel und Werkzeuge zur Lösungsfindung bereitgestellt, die anhand praxisnaher Beispiele angewendet werden. Darüber hinaus soll ein Verständnis für die spezifischen Herausforderungen und Aufgaben im Entwicklungsmanagement vermittelt sowie zur erfolgreichen Leitung von Projekten und Organisationsbereichen befähigt werden. Die unterschiedlichen Tätigkeitsschwerpunkte im Produktmanagement und in der Prozessgestaltung sowie deren Interpretation für unterschiedliche Organisationsformen und deren Bewertung im Kontext der gesellschaftlichen und marktwirtschaftlichen Situation werden ebenfalls vermittelt.

Computational Engineering

In dieser Vertiefungsrichtung werden die Studierenden mit den numerischen Berechnungsmethoden vertraut gemacht, die bei der Entwicklung neuer Produkte verwendet werden. Dies sind zum einen die sogenannten Finite-Element-Methoden (FEM), die zur Ermittlung von Spannungen und Verformungen an Strukturen eingesetzt werden. Hierbei wird sich in theoretischer und praktischer Form mit der linearen Finite-Elemente-Methode sowie darauf aufbauend mit einer Einführung in die Theorie nichtlinearer Finite-Elemente-Analysen sowie in die Kontinuumsmechanik befasst. Zudem werden die theoretischen Grundlagen und die praktische Vorgehensweise zur Berechnung von Strömungen und Wärmeübertragungsvorgängen mit kommerziellen CFD-Programmen auf dem Computer (CFD= Computational Fluid Dynamics) behandelt. Gezeigt werden die Gemeinsamkeiten und die Unterschiede der unterschiedlichen Verfahren, ihre Vor- und Nachteile sowie die vom Nutzer zu beachtenden Punkte. Um diese Methoden verstehen und anwenden zu können, werden zudem fundierte Kenntnisse der Statistik, der Numerik und der Materialmodelle vermittelt.

Simulations- und Versuchstechnik

Im Entwicklungsbereich tätige Ingenieure benötigen Kenntnisse sowohl in der Anwendung von Simulationswerkzeugen als auch in der Konzeption und Durchführung komplexer Experimente. Dieses Wissen wird in der Vertiefung Simulations- und Versuchstechnik exemplarisch gelehrt. Auf dem Gebiet der digitalen Signalverarbeitung erlernen die Studierenden das Verständnis der mit dem Übergang vom kontinuierlichen Signal zum zeit- und wertdiskreten Signal einhergehenden Veränderungen von Signaleigenschaften, einen sicheren Umgang mit Schlüsseltechniken zur Signaldarstellung und Interpretation im Zeit- und Frequenzbereich sowie Grundkenntnisse in der Analyse des Ein-/Ausgangsverhaltens linearer zeitdiskreter Systeme im Zeit- und Frequenzbereich. Die theoretischen Inhalte werden anhand praktischer Übungen unter Nutzung der MATLAB-Umgebung in den PC-Pools veranschaulicht. Auf der experimentellen Ebene lernen die Studierenden, wie wissenschaftliche Versuche geplant, aufgebaut, durchgeführt und ausgewertet werden. Das bedeutet im Einzelnen das Erlernen der Grundlagen der Prüfstandstechnik, von Planungs- und Auswertemethoden und der selbständigen Durchführung eines umfangreicheren Prüfstandversuchs. Des Weiteren werden die grundlegenden Methoden und Begriffe der klassischen Fahrzeugdynamik im Sinne des Vertikal-, Quer- und Längsverhaltens von Kraftfahrzeugen vermittelt, wodurch die Studierenden befähigt werden, numerische Berechnungsergebnisse aus Fahrzeugsimulationsprogrammen sowie Ergebnisse aus Versuchen kritisch zu hinterfragen sowie zu beurteilen und anhand von einfachen Modellen zu überprüfen. Die theoretischen Ausführungen werden durch ein Praktikum ergänzt, so dass durch die direkte Anwendung das erlernte Wissen vertieft und gefestigt wird. Des Weiteren wird bezüglich der Prozesssimulation die Fähigkeit zur Modellierung technischer Systeme und der gezielten Nutzung von Software-Werkzeugen für die durchgängige Simulation und Optimierung von Prozessabläufen sowie für die interdisziplinäre, bedarfsgerechte Entwicklung vermittelt.

Electronic Design Automation

Die mikroelektronische Industrie beindruckt durch rasanten technologischen Fortschritt bei der Herstellung integrierter Schaltungen und Systeme, welche durch gleichzeitig sinkenden Herstellkosten bezahlbar geworden sind. Dadurch ergeben sich heute ungeahnte Möglichkeiten und ungezählte elektronische Produkte, die aus unserem Alltag kaum noch wegzudenken sind. Ermöglicht wird dies durch die Entwicklung von rechnergestützten Verfahren zum Entwurf mikroelektronischer Schaltungen und Systeme zur Automatisierung wesentlicher Schritte des Entwurfsprozesses eines Chips. Dies wird unter dem Begriff Electronic Design Automation (EDA) zusammengefasst. Die zugrundeliegenden Verfahren basieren im Kern auf Datenstrukturen und Algorithmen, die auf Computern abgearbeitet werden. Diese Algorithmen, die die Entwurfsautomatisierung erst ermöglichen, sind jedoch äußerst komplex. Nur durch intensive Entwicklung und Forschung auf dem Gebiet der EDA ist es gelungen, Algorithmen und rechnergestützte Verfahren, die die Chipentwicklung in einem vertretbaren Zeitaufwand ermöglichen, bereitzustellen.

Wireless Communications

Inhalt dieser Vertiefung sind wesentliche Grundlagen und Aspekte der Informationsübertragung mittels moderner Funk- und Mobilfunksysteme. In logisch aufeinander aufbauenden Modulen werden alle Bestandteile moderner Funkkommunikationssysteme betrachtet. Nachdem der Mobilfunkkanal, d.h. die besonderen Ausbreitungsbedingungen für elektromagnetische Wellen in typischen Umgebungsklassen, wie beispielsweise in urban bebautem Gelände, in bergiger Umgebung oder auch im Inneren von Gebäuden, für alle in modernen Funksystemen genutzten Frequenzen vorgestellt wurden, werden geeignete Techniken der Nachrichtenübertragung behandelt. Diese modernen Übertragungsverfahren werden anschließend hinsichtlich ihres Verhaltens, ihrer  Leistungsfähigkeit und Robustheit in Gegenwart von Störungen analysiert, wobei nicht nur die üblichen systemimmanenten Störungsquellen, wie beispielsweise thermisches Rauschen oder Bauteileimperfektionen, einbezogen werden, sondern auch Störungen aus der Umgebung, die durch andere Funksysteme oder sonstige Emitter menschlichen Ursprungs verursacht werden. Zugleich werden Verfahren zur Reduzierung von Störeinflüssen durch Methoden der Signalverarbeitung behandelt. Ein weiterer wesentlicher Aspekt zur energieeffizienten Übertragung von Funksignalen ist die Codierung. Hier wurden in den letzten Jahren enorme technische Fortschritte erzielt, so dass dieses Themengebiet in einem eigenen Modul behandelt wird. Nach der Betrachtung einzelner Subsysteme sowie signaltheoretischer Aspekte wird sich in einem weiteren Modul den Informationsübertragungssystemen auf der Systemebene genähert, indem auf verschiedene Sender- und Empfängerarchitekturen sowie auf das Antennendesign und die Hochfrequenztechnik eingegangen wird. Darüber hinaus wird dem für den praktischen Systementwurf bedeutenden Thema der Synchronisation von Sender und Empfänger auf der physikalischen Schicht (Trägersynchronisation, Taktsynchronisation) sowie der Schätzung weiterer Parameter eine eigene Vorlesung gewidmet, welche die Systembetrachtungen abrundet.

Autonome Intelligente Systeme

Ziel der Vertiefung Autonome Intelligente Systeme ist die Vermittlung wissenschaftlich fundierte Konzepte, Methoden und Techniken, die für den Aufbau autonomer intelligenter Systeme notwendig sind. Autonome intelligente Systeme zeichnen sich im Allgemeinen durch die Fähigkeiten aus, sich in einer dynamischen Umgebung zurechtzufinden, auftretende Probleme selbständig zu lösen und zielgerichtet zu handeln. Diese Fähigkeiten sind sowohl im zivilen als auch im militärischen Umfeld von hohem Interesse. Aus diesem Grunde gibt es weltweit zahlreiche Entwicklungen unbemannter autonomer Plattformen zu Lande, zu Wasser und in der Luft. Das breite Spektrum dieses hochaktuellen Themengebiets spiegelt sich in einem zweigeteilten Aufbau der Module der Vertiefungslinie wider und bietet den Studierenden somit einen fundierten theoretischen und praktischen Einstieg in die Thematik. Zum Erlernen anwendungsorientierter Aspekte und zur Vertiefung des theoretischen Wissensgebietes führen die Studierenden eine Studienarbeit im Bereich Robotik durch. Im hardwarenahen und sensomotorischen Bereich lernen die Studierenden praxisnah diejenigen grundlegenden Techniken und Technologien kennen, welche für autonome Systeme die Basis für die Wahrnehmung von Ereignissen und die Ausführung von Aktionen bilden. Dazu gehört das Wissen über den Aufbau, die Technologie und die Nutzung unterschiedlicher Sensor- und Robotersysteme sowie über die Kinematik und Dynamik von Robotern und deren Subsysteme. Im kognitiven Bereich lernen die Studierenden Methoden und Verfahren kennen, welche die Basis für ein intelligentes Handeln autonomer Systeme bilden. Dazu gehören zum einen Techniken der algorithmischen Geometrie, mit deren Hilfe z.B. Detektionen, Kollisionsvermeidung und Wegeplanung berechnet werden. Zum anderen erhalten die Studierenden Einblick in Techniken der maschineninterpretierbaren Wissensrepräsentation sowie in Verfahren zur maschinellen Schlussfolgerung.