Die Ingenieurwissenschaften an der Universität Duisburg-Essen erreichen mit ihren eng vernetzten Abteilungen eine einzigartige Bandbreite der Forschung. Sie ist eng mit einer an den Fakultätsschwerpunkten orientierten Lehre auf höchstem Niveau verbunden. Unterstützt durch die fünf An-Institute und weitere kooperierende Einrichtungen setzt die Fakultät ihre gemeinsam mit Partnern aus anderen nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen sowie Wirtschaft und Industrie erzielten Forschungsergebnisse effizient und schnell in anwendungsreife Praxisprojekte um.

Mikroelektronik und Medizintechnik

Die Fakultät betreibt auf dem Gebiet Mikroelektronik und Medizintechnik seit Jahren Schwerpunktforschung in verschiedenen Bereichen, die beispielsweise über das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme schnell in anwendungsorientierte Projekte umgesetzt werden. Neben hochentwickelter Elektronik für Diagnose und Therapie dreht sich die Forschung beispielsweise auch um die Entwicklung neuer Materialien für bessere Implantate und Prothesen. In fächerübergreifenden Forschungsprojekten eröffnen sich ebenso im Bereich der Halbleiterentwicklung oder bei optoelektronischen Bauelementen neue wegweisende Entwicklungspotenziale.

Digitales Bauen

Ein zentrales Thema sowohl in der Forschung als auch in der Lehre ist der für das Bauwesen neue Bereich des digitalen Bauens. Dabei geht es u.a. um Methoden, Prozesse und IT-Werkzeuge für die disziplinübergreifende, systemorientierte Entwicklung innovativer, intelligenter und vernetzter Produkte, Produktionsanlagen und Infrastrukturen. Die Forschungsschwerpunkte liegen im Life Cycle Management, Projekt- und Prozessmanagement, Building Information Modeling, Automatisierte Bauproduktion und im Bereich Planspiel und Simulation. Ziel ist, die Projektabwicklung und das Management baurelevanter Prozesse in Zukunft weiter zu optimieren.

Werkstofftechnik

Funktionswerkstoffe und Baustoffe bilden zwei Säulen der Materialforschung. Nichtmetallisch-Anorganische Funktionswerkstoffe und Komposite sind der wesentliche Forschungsgegenstand im Bereich Funktionswerkstoffe. Frost und Dauerhaftigkeit in Beton sind die klassischen Baustoffthemen. Werkstoffe für die thermische Isolation und Hochtemperaturbaustoffe sind dynamische neue Forschungsgebiete. Ein weiteres neues Arbeitsfeld im Baustoffbereich ist das Health Monitoring mit Hilfe akustischer Emissionen. Ergänzt werden die Aktivitäten durch organische Funktionswerkstoffe und Hybride für die Photovoltaik. Weitere Forschungsfelder sind das Trag- und Verformungsverhalten von Stahl- und Spannbeton, leichte und innovative Massivbaukonstruktionen aus modernen leistungsfähigen Betonen, das Instandsetzen und Verstärken von Betonbauteilen und die Informationsverarbeitung im Massivbau.

Nanotechnologie

Nanotechnologie und nanostrukturierte Bauelemente werden als Innovationsmotoren des 21. Jahrhunderts angesehen. Die Nanowissenschaften bilden daher einen Profilschwerpunkt. Dabei gehört die Fakultät für Ingenieurwissenschaften zu den Säulen des Center for Nanointegration Duisburg-Essen, das die Kompetenzen aller Nanowissenschaftler an der UDE unter einem Dach versammelt. Forschungsschwerpunkte der Ingenieure unter ihnen sind die Gasphasensynthese von Nanomaterialien, Magnetismus, Nano-Bio-Materialien sowie die Nano-Energie-Technik, für die mit dem Nano-Energie-Technik-Zentrum (NETZ) ein eigenes Forschungsgebäude zur Verfügung steht.

Energietechnik

Die Energieversorgung der Zukunft wird mit viel größeren Fluktuationen in der Stromerzeugung als heute umgehen müssen. In der Fakultät wird deshalb u.a. zur Kraftwerksflexibilisierung durch thermische Energiespeicher geforscht. Die Untersuchungen beinhalten die Entwicklung von Integrationskonzepten thermischer Energiespeicher und dynamische Simulationen des gesamten Kraftwerksprozesses. Ebenso wird die Integration erneuerbarer Stromerzeugung in die bestehenden Netze bzw. Aspekte der elektromagnetischen Verträglichkeit erforscht. Im Zentrum der Forschung stehen dabei auch Energiespeicher und Energiewandler wie Brennstoffzellen und Batterien. Weitere Forschungsbereiche sind Kraft-Wärme-Kopplungssysteme und Wärmenetzsimulation. Aber auch die technologischen Aspekte im Bereich der elektrischen Energienetze spielen eine große Rolle.

Verbrennungsforschung

Innovative Forschung zu Hochtemperatur-Reaktionen in der Gasphase steht im Fokus des Instituts für Verbrennung und Gasdynamik. Als einer der ersten Standorte nutzen die Forscher die Kenntnisse zur Rußvermeidung systematisch, um Verfahren zur gezielten Herstellung von Nanopartikeln in der Gasphase zu entwickeln. Die Fachgebiete verfügen über eine einzigartige Ausstattung: Prüfstände mit optisch zugänglichen Verbrennungsmotoren und umfangreiche Lasermesstechnik ermöglichen die quantitative In-situ-Analyse reaktiver Strömungsprozesse. Neben Reaktoren für die Nanopartikelsynthese vom Labor- bis zum Pilotmaßstab wird eines der größten Stoßwellen-Labors für Hochtemperaturkinetik weltweit genutzt. Die theoretisch orientierten Gruppen verfügen über eigene, hoch-skalierende Inhouse-Software zur effizienten, zeitaufgelösten Simulation reaktiver turbulenter Mehrphasenströmungen.

Produkt-Engineering

Unter dem virtuellen Dach Produkt-Engineering und Materialtechnik haben sich mehrere Fachgebiete zusammengefunden. Hier arbeiten Kunststoffexperten, Werkstofftechnologen und Spezialisten des Rapid und Virtual Prototyping Hand in Hand an der Entwicklung neuer Produktionsverfahren, Werkstoffe und innovativer Produkte. Heutige Anforderungen an die Produktentwicklung erfordern eine Weiterentwicklung der Herstellungsverfahren. Besonders hervorzuheben sind hier die generativen Fertigungsverfahren, die sich von den konventionellen Fertigungsverfahren dadurch unterscheiden, dass sie Bauteile durch schichtweises Aneinanderfügen von Werkstoff generativ (erzeugend) aufbauen. Forschungsthemen befassen sich hier mit der gesamten Prozesskette der generativen Fertigung, wobei das Prozessverständnis, die Qualitätssicherung und die Erschließung neuer Anwendungsgebiete im Vordergrund stehen.

Produktmanagement

Die Entwicklung von technischen Produkten wird durch eine Vielzahl von IT-Systemen unterstützt. Das Zusammenführen der vielfältigen Insellösungen über Abteilungs- und Prozessgrenzen hinweg in einem zentralen Produktmodell schafft die Grundlage für die Umsetzung von Product Lifecycle Management Methoden und ist somit die Basis für die Optimierung von Produktentwicklungsprozessen. Dabei stehen die Bereiche Computer Aided Design, Computer Aided Engineering und Product Data Management im Zentrum der Betrachtung. Die Anwendungsprogrammierung spielt die zentrale Rolle für die Systemintegration und stellt einen weiteren Schwerpunkt der Aktivitäten dar. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich der Digital Reality.

Smart-Technologien

Im Zuge der Industrie 4.0 sind Smart-Technologien und -Systeme von entscheidender Bedeutung. In der Fakultät wird u.a. die Forschung im Bereich der Prozessüberwachung und fehlertolerante Regelung verstärkt auf vernetzte und verteilte Systeme mit eingebetteten Smart-Komponenten fokussiert. Die Modellierung und Entwicklung von druckbaren, flexiblen sowie chip-losen Funketiketten (RFIDs) wird gegenwärtig im Rahmen größerer Verbundprojekte intensiv untersucht. Diese als zukünftige Alternative zum optischen Barcode konzipierte RFID-Technologie basiert auf druckbaren, µm-großen Silizium-Mikrokonen, welche sich bei Betriebsfrequenzen weit über 10 GHz betreiben lassen.

Systemzuverlässigkeit

Mit stetig zunehmenden Anforderungen an hohe Systemzuverlässigkeit und -verfügbarkeit gewinnt das Themengebiet der Prozessüberwachung, Fehlerdiagnose und fehlertoleranten Systeme sowohl in der Forschung als auch in den Industrieanwendungen stark an Bedeutung. Dazu gehören die Entwicklung der modellgestützten Prozessüberwachungs- und Fehlerdiagnosetechnik, die datenbasierte Prozessüberwachung und das Anlagenmanagement sowie fehlertolerante vernetzte regelungstechnische Systeme.

Mobilität

Ein zentrales Thema sowohl in der Forschung als auch in der Lehre ist die Fahrzeugtechnik. Schwerpunkte bilden hierbei energieeffiziente Fahrzeugsysteme und die Elektromobilität, die Entwicklung und der Einsatz von Fahrsimulatoren sowie die Modellierung und Simulation der Fahrdynamik. Darauf aufbauend werden moderne Assistenzsysteme entwickelt und in Untersuchungen zur Fahrerakzeptanz bewertet. Die umfangreichen Forschungsarbeiten im Bereich der Fahrerassistenzsysteme konzentrieren sich einerseits auf die Mensch-Maschinen-Schnittstelle und andererseits auf den Einsatz der Methode des „Machine Learning“ in einer Vielfalt von Anwendungen in den Bereichen Fahrerassistenz aber auch der Fahrdynamik. Aber auch die Darstellung von Verkehrssituationen in Fahrsimulatoren sowie die Simulation von Verkehrsströmen sind Ziele der Forschung.

Stadtentwicklung

Die Entwicklung von nachhaltigen Mobilitäts- und Stadtstrukturen mit empirischen Methoden, wie Verhaltensmessungen und statistischen Modellen ist ein zentrales Aufgabengebiet der Forschungen zu den Wechselwirkungen von Stadt und Mobilität und der Generierung von neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen, die zu nachhaltigen Entwicklungen beitragen. Angesichts einer zunehmenden Komplexität der gesellschaftlichen Veränderungen, sowie der Dynamik der energiewirtschaftlichen und technologischen Umbrüche konzentriert sich die inhaltliche Ausrichtung auf die Transformation von Strukturen und Systemen und die damit einhergehenden Veränderungen von Mobilität und Stadt. Zudem werden die Wirkungen der Digitalisierung und neuer Antriebsformen auf die Entwicklung von urbanen Systemen und Infrastrukturen sowie auf das Mobilitätsverhalten im Sinne einer Smart Mobility untersucht.

Moderne Wasserforschung

Je nach Verwendungszweck ist die Qualität vorhandener Wasserressourcen häufig nicht ausreichend und sie müssen entsprechend aufbereitet werden. Mit abnehmender Qualität der Ressource und mit steigenden Anforderungen an die Qualität des Trink- bzw. Brauchwassers wird die Aufbereitung zunehmend aufwändiger und teurer. Mit steigendem Nutzungsdruck auf limitierte Frischwasserressourcen müssen wir über das lineare Wirtschaftsmodell, in dem wir Rohstoffe entnehmen, produzieren und entsorgen, hinausgehen. Ziel muss sein, sich hin zu einem kreisförmigen Ansatz zu entwickeln, in dem Rohstoffe recycelt und belastete Ressourcen erschlossen und wiederverwendet werden. Gleichzeitig müssen natürliche Ressourcen geschützt und die Qualität der in die Gewässer eingeleiteten Wässer an ausgesuchten Stellen verbessert werden. Dies bedeutet, dass neue Aufbereitungsverfahren entwickelt oder Vorhandene effizienter, effektiver und damit auch kostengünstiger gestaltet werden müssen.

Logistik

Der weltweit größte Binnenhafen befindet sich in Duisburg, was die Stadt zwangsläufig zu einem europäischen Zentrum für Logistik macht. Dieser Umstand findet seine Entsprechung in der Fakultät für Ingenieurwissenschaften mit einer aktiven Forschungsgruppe, die sich auf Supply Chain Management und die Logistik der Verkehrssysteme konzentriert. Das Ruhrgebiet als multi-zentrales Großstadtgebiet ist mustergültig für die zukünftige Entwicklung von Stadtgebieten.

Schiffs- und Offshoretechnik

In der Forschung ist die Fakultät insbesondere auf dem Gebiet der numerischen und experimentellen Hydrodynamik sowie der Fluid-Struktur-Wechselwirkung tätig. Es werden Fragestellungen im Bereich der Schiffs- und Offshoretechnik behandelt. In institutseigenen Laboren werden experimentelle Untersuchungen des Verhaltens von Mehrphasen-Fluiden (Sloshing, Slamming, Kavitation, etc.) durchgeführt. Weiterhin erfolgen numerische Simulationen im maritimen Kontext (welleninduzierte Bewegungen und Lasten, Propulsion, Manövrieren, Fluid-Struktur-Interaktion, etc.). Die Arbeitsschwerpunkte sind sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der angewandten Forschung angesiedelt und decken verschiedene Disziplinen der allgemeinen Schiffstechnik sowie Offshore-Strukturen ab.

Mensch-Technik-Interaktion

Die Verbindung aus informatischer und psychologischer Kompetenz ist einer der Erfolgsfaktoren der Fakultät. Vielfach stehen Mensch-Maschine-Schnittstellen und ihre bessere Ausgestaltung im Fokus, aber auch der Einfluss neuer Medien auf das menschliche Verhalten, Informationserschließung oder Computerspiele sind wichtige Forschungsthemen. Ein fächerübergreifendes Leitthema stellt die Gestaltung und Entwicklung interaktiver Systeme und Medien dar, in dem alle Kompetenzen von formalen, modellbildenden Methoden über fortgeschrittene Softwaretechnologien bis hin zu experimentellen und evaluierenden Untersuchungen der Mensch-Technik-Interaktion synergetisch genutzt werden können. Die Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Ingenieur- und Medieninformatik mit einer angewandten Ausrichtung sowie in psychologischen Fragen neuer Medien und Mensch-Technik-Interaktion.

Kommunikation und Kollaboration

Aktuelle technische Entwicklungen, wie etwa im Bereich der Künstlichen Intelligenz und der Virtual Reality Anwendungen, wirken sich zunehmend auf die Kommunikation und Kollaboration von Menschen aus. Soziotechnische Systeme, die das Zusammenspiel von Technologie und Mensch beschreiben, sind hiervon besonders stark betroffen. Hier entstehen zahlreiche neue Fragestellungen und Herausforderungen auf technischer, verhaltensorientierter und organisatorischer Ebene. Im Rahmen verschiedener Projekte werden u.a. Themen wie Sicherheit bei der Nutzung von Informationstechnik (IT-Security), bei der Nutzung sozialer Medien (Social Media) oder beim Autofahren berücksichtigt. Auf der anderen Seite wird untersucht, welche Faktoren und Mechanismen bedingen, dass ein besonders riskantes Entscheidungsverhalten oder eine dysfunktionale Nutzung vorliegt.