B1 – Systemmodellierung & digitaler Prozesszwilling
Prognosen erstellen
Im Teilprojekt B-1 wird ein digitaler Prozesszwilling des CUBES Circle entwickelt, der die biologischen, technischen und infrastrukturellen Prozesse der Pilotanlage präzise abbildet. Ziel ist eine datenbasierte Modellierung von Wasser-, Nährstoff- und Energieflüssen sowie von Wachstums- und Umweltaustauschprozessen in allen Produktionsmodulen.
Auf Grundlage kontinuierlicher Sensor- und Betriebsdaten werden standardisierte Modelle entwickelt, parametrisiert und validiert. Diese ermöglichen nicht nur die Abbildung des aktuellen Systemzustands, sondern auch die Simulation alternativer Betriebs- und Stressszenarien, Skalierungsstufen und Ressourcenverfügbarkeiten.
Kern des Arbeitspakets ist die systematische Integration biologischer Produktionslogiken mit KI-unterstützten Steuerungsmechanismen und Energie- bzw. Stoffstromdaten. Dadurch entsteht ein hochauflösendes Simulationstool, das sowohl reale Betriebsdaten verarbeitet als auch Vorhersagen zu Prozessstabilität, Kreislaufeffizienz und Systemresilienz ermöglicht.
Der digitale Prozesszwilling funktioniert damit als wissenschaftliche Infrastruktur zur quantitativen Bewertung und Optimierung des Gesamtsystems sowie als Grundlage für Prognosen, Entscheidungsunterstützung und Skalierungsstrategien in zukünftigen urbanen Produktionsumgebungen.
Prof. Dr.-Ing. habil Stefan Streif studierte bis 2005 Technische Kybernetik mit Vertiefungsfach Bioverfahrenstechnik an der Universität Stuttgart und der University of Sheffield in England. Im Jahr 2011 promovierte er im Bereich der Systembiologie an der Universität und dem Max Planck Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg sowie am Max Planck Institut für Biochemie in Martinsried. Es folgten eine Tätigkeit als Gruppenleiter an der Universität Magdeburg sowie mehrere längere Auslandsaufenthalten u.a. am Massachusetts Institute of Technology. Nach seiner Habilitation im Bereich der Regelungstheorie wechselte er 2014 als Juniorprofessor für Automatisierungstechnik an die Technische Universität Ilmenau. Seit Mitte 2015 ist er Inhaber der Professur für Regelungstechnik und Systemdynamik an der Technischen Universität Chemnitz, und seit 2019 Dekan der Fakultät für Elektro- und Informationstechnik.
Die ganzheitliche, systemtheoretische Betrachtung von (Kreislauf-)Prozessen, Wertschöpfungsketten und dynamischen Netzwerken sowie die mathematisch-rigorose Entwicklung von Methoden zur optimalen, robusten und lernenden Regelung und Analyse und Verifikation unsicher Systeme sind die Forschungsgebiete der Arbeitsgruppe von Prof. Streif. Hierfür werden verschiedene Ansätze aus der Regelungstheorie, angewandten Mathematik, Optimierung und Informatik kombiniert, appliziert und konsequent zu flexibel einsetzbaren Methoden weiterentwickelt. Die entwickelten Methoden kommen in verschiedenen interdisziplinären und anwendungsfokussierten Projekten aus den Bereichen Agrarwissenschaft, Lebensmittelproduktion, Energiesysteme und Systembiologie zum Einsatz
Die Arbeitsgruppe besteht derzeit aus drei Postdoktoranden, dreizehn Doktoranden sowie technischen und administrativem Personal. In den Laboren stehen moderne Versuchsapparaturen u.a. aus dem Bereich der Energie- und Agrarsysteme für diverse Forschungsfragen zur Verfügung. Die IT-Infrastruktur kommt bei rechenintensiven Forschungsprojekten aus den Bereichen der Modellierung, Optimierung und Big-Data Analyse zum Einsatz.
Kontakt: stefan.streif(at)etit.tu-chemnitz.de
Alexander Kobelski ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Regelungstechnik und Systemdynamik. In seiner Forschung beschäftigt er sich mit der Entwicklung von regelungstechnischen Modellen sowie Regelungsalgorithmen zur gezielten Steuerung von biologischen Systemen.
In CUBES Circle entwickelt er physikalisch mathematische Modelle der einzelnen CUBES und des ConnectivitySystem sowie Regelungsalgorithmen zum optimalen Austausch von Stoff- und Energieströmen zwischen den CUBES.
Kontakt: alexander.kobelski(at)etit.tu-chemnitz.de
