Bachelor- oder Studienarbeit

Motivation / Hintergrund der Aufgabenstellung

Die fünfte Generation der Fernwärme- und Kältenetze (5GDHC) ist eine Schlüsseltechnologie für die Dekarbonisierung urbaner Räume. Im Gegensatz zu klassischen Fernwärmesystemen gibt es keine einzelne Standard-Architektur. Stattdessen existiert eine immense Vielfalt an möglichen Topologien (Ring-, Stern-, Netzstrukturen), Komponenten und strukturellen Mustern (z.B. direkte vs. hydraulisch entkoppelte Anbindung). Diese Vielfalt ist eine Stärke, führt aber auch zu einer mangelnden Standardisierung und Vergleichbarkeit. Für die disziplinübergreifende Planung, Bewertung und Simulation dieser komplexen Systeme fehlt eine gemeinsame, formale Sprache. Die Systems Modeling Language (SysML) bietet als etablierter Standard im Systems Engineering das Potenzial, diese Lücke zu schließen, indem sie eine einheitliche, visuelle und strukturierte Beschreibung ermöglicht.

Aufgabenstellung / Aufgabenschwerpunkt

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines abstrakten, generischen SysML-Referenzmodells, das als eine Art "Baukasten" für 5GDHC-Systeme dient. Anstatt ein einzelnes System zu modellieren, soll eine allgemeingültige Blaupause geschaffen werden, aus der sich verschiedenste, spezifische Netzkonfigurationen ableiten lassen. Ein zentraler Aspekt ist die Nutzung von SysML-Konzepten wie abstrakten Blöcken, Spezialisierung (Vererbung) und Komposition, um eine hierarchische und modulare Bibliothek von Systemkomponenten zu erstellen. Das zu entwickelnde Modell soll die grundlegenden Bausteine, ihre konfigurierbaren Eigenschaften und ihre möglichen Beziehungen zueinander formal beschreiben. Das Ergebnis ist ein strukturiertes, visuelles Framework, das als Grundlage für die Standardisierung, die technische Kommunikation und die zukünftige, modellbasierte Systementwicklung dient.

Schwerpunkte der Arbeit sind:

• Recherche: Systematische Literaturrecherche zu existierenden 5GDHC-Architekturen und den Grundlagen der Modellierung mit SysML
• Systematische Analyse & Klassifikation: Identifikation und Kategorisierung der fundamentalen Bausteine von 5GDHC-Netzen (Rohr-Topologien und -Konfigurationen, heterogene Komponenten, Anbindungs-Strategien)
• Konzeption und Implementierung des generischen SysML-Modells: Umsetzung des konzipierten Modells in einem geeigneten Editor
• Validierung durch Instanziierung: Demonstration des generischen Modells anhand der Modellabbildung beispielhafter 5GDHC-Systeme als konkrete Instanzen 

Inhaltliche Aufteilung

0% Experimentell | 30% Recherche | 50% Theoretisch/Konzeptionell | 20% Anwendung/Validierung | 0% Konstruktion

Voraussetzungen

• Studierende/r des Maschinenbaus, Wirtschaftsingenieurwesens, der (Wirtschafts-)Informatik oder verwandter Fachgebiete
• Starkes Interesse an Systems Engineering, Systemarchitekturen und abstraktem Denken
• Kenntnisse in der Energietechnik sind von Vorteil
• Erfahrungen mit UML/SysML sind ein Plus, können aber auch im Rahmen der Arbeit erworben werden
• Fähigkeit zum eigenständigen wissenschaftlichen Arbeiten und zur strukturierten, modellbasierten Analyse