Technische Kybernetik

Ein Industriepraktikum im Umfang von insgesamt mindestens zwölf Wochen ist Pflichtbestandteil des Masterstudiums Technische Kybernetik.

Genauere Informationen finden Sie in den Praktikumsrichtlinien.

Für weitere Fragen wenden Sie sich bitte an das Praktikantenamt Technische Kybernetik: E-Mail schreiben

Im Modulhandbuch und im Studienplan werden die einzelnen Module mit den dazugehörigen Lehrveranstaltungen, den Inhalten und den Prüfungsleistungen beschrieben.

Im individuellen Übersichtsplan tragen Sie ihre Fächerwahl in den Containern Vertiefungsmodule, Spezialisierungsmodule und Wahlfach ein. Diesen müssen Sie von den jeweiligen Lehrenden (Prüfungsausschussvorsitzende/r und Verantwortliche/r der Spezialisierungsfächer) bestätigen lassen und dem Prüfungsamt vorlegen.

Ein vollständig unterzeichneter Übersichtsplan ist für die Anmeldung von Wahlpflichtmodulen, Wahlmodulen sowie der Master-Arbeit notwendig. Ein frühzeitiges Ausfüllen und Einholen der notwendigen Unterschriften ist gewünscht und sinnvoll.

Hier finden Sie die Folien der Info-Veranstaltung zum Master-Studiengang Technische Kybernetik, die regelmäßig nach Pfingsten stattfindet.

Für die Absolventinnen und Absolventen des Master-Studiengangs Technische Kybernetik gibt es eine jährliche Abschlussfeier. Bei erfolgreichem Abschluss erhalten Sie rechtzeitig eine Einladung.

Die Vorlesung "Konzepte der Regelungstechnik" (6 ECTS) bildet die Grundlage für einige weitergehende Vorlesungen und sollte zu Beginn des Studiums belegt werden. Bei einem Start im Sommersemester können Sie "Dynamik verteiltparametrischer Systeme" bereits im ersten (Sommer-)Semester zusammen mit der "Konzepte der Regelungstechnik", die in jedem Semester angeboten wird, hören.

Die Schwerpunkte des Masterstudiengangs Technische Kybernetik liegen in den Bereichen Systemtheorie und -dynamik, Regelungstechnik und Mathematik. Dies spiegelt sich auch in den beiden einzigen verpflichtenden Modulen innerhalb des Curriculums wider. Im Modul "Konzepte der Regelungstechnik" werden weiterführende Konzepte der Regelungstechnik und moderne Methoden des Reglerentwurfs sowie mathematische Konzepte erlernt. In dem Modul "Dynamik verteiltparametrischer Systeme" erwerben die Studierenden Kenntnisse auf dem Gebiet der Systemdynamik für allgemeinere Systemklassen als im Bachelorstudiengang.

Den Schwerpunkten Systemtheorie, Systemdynamik und Regelungstechnik wird auch im Wahlpflichtbereich in den Vertiefungsmodulen Rechnung getragen. So können die Studierenden in den Modulen "Advanced Control" und "Systemanalyse und Modellierung" aus einer Vielzahl an Spezialvorlesungen auswählen, die im direkten Bezug zur aktuellen Forschung stehen. Zusätzlich zu den oben genannte Schwerpunkten kann in der "Systemanalyse und Modellierung" auch ein zentraler Bereich für die Anwendung der erlernten Methoden abgedeckt und ein weiterer Aspekt der interdisziplinären Ausbildung des Bachelors Technische Kybernetik fortgeführt werden.

Die Vorstellung der Spezialisierungsfächer findet im Anschluss an die Einführungsveranstaltung für Master-Studierende statt. Weitere Informationen finden Sie im Reiter Überblick unter Studienbeginn.

Hier das Programm:

Die Sicherstellung einer umweltverträglichen, ökonomischen und zuverlässigen elektrischen Energieversorgung ist eine der zentralen Aufgaben, der sich Forschung, Industrie und Politik in den nächsten Jahrzehnten stellen müssen. Die größte Herausforderung besteht darin, die Transformation einer von nuklearen und fossilen Kraftwerken dominierten hin zu einer von erneuerbaren Energien geprägten Energieversorgung zu ermöglichen.

Die zunehmende Einspeisung erneuerbarer Energien bringt grundlegende Änderungen im Kraftwerkseinsatz und Netzbetrieb mit sich. Aufgrund der steigenden Komplexität des Gesamtsystems kommt systemdynamischen und regelungstechnischen Aspekten eine zunehmende Bedeutung in der elektrischen Energieversorgung zu.

Im Spezialisierungsfach sind die zwei Pflichtvorlesungen „Dynamik elektrischer Verbundsysteme“ und „Regelungstechnik für Kraftwerke“ vorgesehen. Die weiteren Vorlesungen können aus einem breiten Spektrum mit dem entsprechenden energie-, netz- oder kraftwerktechnischen Bezug gewählt werden.

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Das Spezialisierungsfach "Autonome Systeme und Regelungstechnik" soll als methodisch orientiertes Spezialisierungfach vertiefte Kenntnisse in der Regelungstechnik, einem der Kernbereiche der Technischen Kybernetik, vermitteln. Ein besonderer Fokus soll hierbei mit der Betrachtung von autonomen Systemen und Netzwerken auf einem modernen Teilbereich und aktuellen Forschungsgebiet der Regelungstechnik an der Schnittstelle zur Informatik liegen.

Innerhalb des Spezialisierungsfaches können die benötigten 18 ECTS frei aus allen o.g. Modulen zusammengestellt werden. Es empfiehlt sich, das nicht im Bereich "Advanced Control" absolvierte Modul aus "Nonlinear Control", "Optimal Control" und "Robust Control" zu belegen, um das dort vermittelte regelungstechnische Aufbauwissen zu vervollständigen. Dies ist jedoch nicht verpflichtend. Die weiteren genannten Module mit regelungstechnischem Bezug vermitteln erweiterte Kenntnisse in jeweils einem speziellen und modernen Teilgebiet der Regelungstechnik, während die angebotenen Module aus der Informatik insbesondere den Aspekt der autonomen Systeme vertiefen.

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Das Wort Mechatronik steht für einen ganzheitlichen Ansatz der Entwicklung von integrierten Systemen, die aus mechanischen, elektronischen und informationstechnischen Komponenten bestehen.

Die Hauptgründe für die Einführung der Mechatronik im Automobil liegen in der Verbesserung

• der Wirtschaftlichkeit sowie der Leistungsfähigkeit (z.B. Antriebsstrangoptimierung), 
• des Komforts (z.B. Klimaregelung, elektrische Fensterheber und Sitzverstellung),
• der Sicherheit (z.B. Fahrdynamikregelung, Airbag, Wegfahrsperre) sowie
• der Umweltverträglichkeit (z.B. Abgasregelung). 

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Das Spezialisierungsfach "Mathematische Methoden der Kybernetik" richtet sich an Studierende, die sich im kleinen oder großen Spezialisierungsfach in Richtung der Mathematik vertiefen wollen.

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Im Spezialisierungsfach Nichtlineare Mechanik werden die Studierenden in eine mathematisch orientierte Beschreibung der Mechanik eingeführt. In den Vorlesungen werden neue mathematische Konzepte vermittelt, welche gemeinsam in der Mechanik und Mathematik entwickelt worden sind. Auf diese Weise wird ein theoretisches Fundament gelegt, welches sowohl für die Grundlagenforschung in der Mechanik, als auch für anwendungsorientierte Forschung in z.B. Robotik, Schwingungstechnik und Strukturmechanik, benötigt wird. Das Spezialisierungsfach ermöglicht dem Studierenden sich in der Mechanik theoretisch, numerisch und experimentell auf höchstem Niveau weiterzuentwickeln.

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Die zugrunde liegende Systemtheorie mit der heute Optiken üblicherweise beschrieben werden wurde direkt aus der (elektrischen) Nachrichtentechnik/Regelungstechnik übernommen und basiert auf dem Fourierformalismus. Alle wesentlichen optischen Phänomene (Beugung, Elemente, Propagation), aber eben auch das Gesamtsystem lassen sich mit diesem systemtheoretischen Ansatz sehr vorteilhaft erfassen.

Neben der reinen Beschreibung und Optimierung von klassischen, statischen Systemen (z.B. Fernrohr), die durch die systemtheoretische Beschreibung ermöglicht wird, ist darüber hinaus auch die Regelung von Systemen ein zunehmend wichtiges Instrument, um die Leistungsfähigkeit von optischen Systemen weiter zu steigern. Viele moderne optische Systeme sind nicht statisch, sondern lassen sich dynamisch adaptieren. Neben mechanischen Stellgliedern (z.B. Scansysteme, Autojustage, deformierbare Spiegel, fokussierende Systeme) kommen auch elektro-optische oder magneto-optische Modulationsprinzipien zum Einsatz. Teilweise werden mikromechanische oder auf Flüssigkristallen basierende Modulatoren zur Parameteradaption in hoher Geschwindigkeit genutzt. Die Anwendungen sind so vielfältig wie das Gebiet der Optik selbst und reichen von Kompensationssystemen in der Halbleiterproduktion (Lithografie) über die Steuerung von Lasern in der Materialbearbeitung bis zur Mikrobiologie (z.B. Manipulation von Zellen). Für entsprechende Systeme ist eine regelungstechnische Herangehensweise unabdingbar, wenn optimale Resultate erzielt werden sollen. Ein typisches Beispiel ist die adaptive Optik bei Großteleskopen, bei der Aberrationen aufgrund der Erdatmosphäre in hoher Geschwindigkeit (kHz) gemessen und durch geeignete Ansteuerung von deformierbaren Spiegeln ausgeglichen werden. Dazu müssen mehrere hundert gekoppelte Aktuatoren in hoher Geschwindigkeit simultan geregelt werden. Aber auch preisgünstige Systeme benötigen geeignete Regelungstechniken (z.B. Bildstabilisation in Kameras).

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Produktionstechnische Informationstechnologien beschreiben die Prozessplanung, die Gestaltung und das Steuern der Informationsprozesse und der Informationstechnik.

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Das Spezialisierungsfach Robotics (non-industrial) bietet eine umfassende Einführung in moderne Robotiksysteme wie z.B. Roboter aus weichen Materialien, mobile Roboter oder Laufroboter. Themen wie Deep Learning und Reinforcement Learning ergänzen die ingenieurwissenschaftlichen Inhalte methodisch. Die Lehrveranstaltungen werden vollständig auf Englisch angeboten. Eines der als Kernfach gekennzeichneten Module ist verpflichtend zu nehmen.

Das Spezialisierungsfach Steuerungstechnik wird durch die Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten des ISW inhaltlich geprägt. Kerninhalte sind die Konzeption und Anwendung steuerungstechnischer Mittel zur Automatisierung von Werkzeugmaschinen, Robotern und sonstigen Fertigungsanlagen. Der daraus abgeleitete Vorlesungsstoff vermittelt die Grundlagen für die industrielle Automatisierungstechnik und ist nicht nur auf die Produktionstechnik bezogen.

Ein Schwerpunkt der Ausbildung im Spezialisierungsfach Steuerungstechnik liegt in den Methoden der gezielten regelungs- und steuerungstechnischen Beeinflussung der koordinierten Bewegung von mehrachsigen Systemen (Werkzeugmaschinen, Industrie- und Serviceroboter) sowie deren technische Implementierung in einem industriellen Automatisierungssystem.

Ergänzende Vorlesungen behandeln die Aspekte der Anwendung von Robotersystemen, die softwaretechnische Implementierung von Steuerungssystemen und die übergeordnete Prozessplanung und Leittechnik.

Anwendungsbezogene Vorlesungen zu den Gebieten der Steuerungsfunktionen für die Servicerobotik, mechatronische Anwendungen in der Medizintechnik, Montage- und Handhabungstechnik sowie der fluidischen Steuerungssysteme zeigen beispielhaft typische industrierelevante Applikationen der Steuerungstechnik.

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Die Systembiologie ist ein noch relativ junges und aufstrebendes Forschungsfeld mit Anwendungen in der Medizin, der Biotechnologie und der synthetischen Biologie. Mit ganzheitlichen interdisziplinären Ansätzen, die sowohl Experimente als auch Modellierung und Modellanalyse umfassen, möchte die Systembiologie zu einem besseren Verständnis biologischer Systeme beitragen. Dieses Verständnis trägt beispielsweise dazu bei, personalisierte Therapien zu entwickeln oder biotechnologische Produkte zu optimieren.

Im Spezialisierungsfach Systembiologie werden Methoden zur Modellierung und Analyse biologischer Systeme behandelt. Das Spezialisierungsfach zeichnet sich durch ein breites Angebot unterschiedlicher Lehrveranstaltungen unter Mitwirkung verschiedener Institute aus. Die Lehrveranstaltung ‚Systemtheorie in der Systembiologie‘ ist eine Pflichtvorlesung in diesem Spezialisierungsfach. Sie vermittelt Modellierungsansätze zur Beschreibung intrazellulärer Prozesse wie Signaltransduktion, Genregulation oder metabolische Prozesse. Im Vordergund stehen die Erstellung solcher Modelle, deren Implementierung sowie mathematische Analysen.

Es gibt weiterhin ein breites Angebot an Wahlmöglichkeiten, das sich in Lehrveranstaltungen im Kern der Systembiologie (Systemtheorie in der Systembiologie, Grundlagen der Systembiologie, Einf. in die Methoden der Systembiologie), Modellierung in der Biologie (Stochastische Prozesse und Modellierung, Biology by the numbers, Einführung in die Modellierung von Herzdynamiken), Bioinformatik (Bioinformatik, Analyse von Hochdurchsatzdaten), Anwendungsgebiete (Metabolic Engineering, Industrielle Biotechnologie, Grundlagen der Biomedizinischen Technik, Bioreaktionstechnik, Prinzipien der Stoffwechselregulation, Biokatalyse I, Zellbiologische Grundlagen der Systembiologie) sowie Methoden (Methoden der Unsicherheitsanalyse) aufgliedert.

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Das Spezialisierungsfach Systemdynamik/Automatisierungstechnik fokussiert auf die Kette von der Modellierung über die Identifikation, Systemanalyse sowie Synthese von dynamischen Prozessen unter dem anwendungsorientierten Aspekt der automatisierungstechnischen Implementierung. In der Vorlesung Modellierung und Identifikation dynamischer Systeme werden die Grundlagen gelegt, wie dynamische Systeme ausgehend von der theoretischen Modellbildung experimentell in ihren Parametern identifiziert und validiert werden können. Die Vorlesung Flache Systeme bietet das Werkzeug zur umfassenden Systemanalyse. Zur Validierung der Modelle ist die Simulation ein weiterer Stützpfeiler. Hierzu wird ergänzend zur Simulationstechnik im Bachelor eine weiterführende Vorlesung zu objektorientierten Simulationstools angeboten. Diese validierten Modelle sind dann Grundlage für den weiteren Regelungsentwurf, der in den Modulen der Regelungstechnik des IST behandelt wird. Die Vorlesung Dynamik ereignisdiskreter Systeme hat zum Ziel, in praktischen Applikationen nicht vermeidbare übergeordnete Steuerung in einer methodischen Basis zu definieren. Die Vorlesung Dynamische Filterverfahren dient insbesondere dazu, Methoden zu erlernen, um Messsignale aufzubereiten. Die Vorlesungen zur Numerischen Optimierung sowie zur Prozessführung in der Verfahrenstechnik behandeln das Thema der Sollgrößengenerierung, die bei Automatisierungssystemen eine erhebliche Rolle spielt. Im Praktikum Systemdynamik werden die Inhalte des Spezialisierungsfachs vertieft. Das vorliegende Spezialisierungsfach bietet in Kombination mit den Modulen der Regelungstechnik die entsprechenden ergänzenden Veranstaltungen mit dem Ziel der anwendungsnahen Umsetzung in Automatisierungssysteme.

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Das Spezialisierungsfach Technische Dynamik befasst sich mit der Analyse, Modellierung, Simulation und Optimierung mechanischer und mechatronischer Systeme. Aufbauend auf der Methode der Mehrkörperdynamik werden hierzu weitergehende Methoden aus dem Bereich der Elastodynamik, Mechatronik, Systemdynamik und Numerik behandelt. Typische Anwendungsfelder der Technischen Dynamik sind die Maschinendynamik, Fahrzeugdynamik, Robotik, Unsicherheitsbehandlung, Biomechanik und Kontaktmechanik.

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Effiziente Verkehrssysteme und Verkehrsabläufe sind Grundvoraussetzung für eine moderne Gesellschaft. Die Mobilitätsansprüche der Menschen und der Wirtschaft stellen hohe Anforderungen an die Verkehrsinfrastruktur und an Systeme zur Beeinflussung des Verkehrsablaufs Moderne Verkehrssysteme sollen Ortsveränderungen schnell, zuverlässig, energieeffizient, sicher und komfortabel transportieren und dabei die Umwelt möglichst wenig durch Lärm- und Schadstoffemissionen belasten. Im Spezialisierungsfach Verkehrssysteme werden Modelle und Methoden zum Entwurf, zur Bemessung und zum Betrieb von Verkehrsnetzen und einzelner Verkehrsanlagen im Straßen- und Schienenverkehr behandelt.

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Im Spezialisierungsfach Wirtschaftskybernetik werden komplexe Problemstellungen in Wertschöpfungs- und Managementprozessen aus einer ingenieurwissenschaftlichen Systemperspektive betrachtet. In der Vorlesung Wirtschaftskybernetik III stehen Fragestellungen aus den Bereichen Innovationsmanagement, Wissensmanagement und unternehmensübergreifende Wertschöpfungssysteme im Vordergrund. Die enge Anbindung des Instituts für Diversity Studies in den Ingenieurwissenschaften an das Zentrum für Management Research der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf ermöglicht die Einbindung aktueller Praxisbeispiele und Anwendungen in die Lehrveranstaltungen.

In den methodenorientierten Vorlesungen des Wahlpflichtbereichs werden Konzepte, Methoden und Werkzeuge der systemorientierten Gestaltung von Prozessen und Strukturen für spezielle Anwendungsbereiche vermittelt und Wissen zu Modelltypen und Modellierungsmethoden erarbeitet. Das Seminar zu wechselnden Generalthemen dient der eigenständigen Vertiefung eines Themenfelds durch die Studierenden. Das Wahlmodul ergänzt das Spezialisierungsfach durch wechselnde Inhalte aus dem Bereich der Forschung.

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