Prof. Dr. Gerald GABERSCIK FH-StG Fahrzeugtechnik der FH Joanneum Graz

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1 leiter FH Prof. Dr. GABERSCIK Prof. Dr. Gerald GABERSCIK FH-StG Fahrzeugtechnik der FH Joanneum Graz Die Herausforderungen moderner Simulationsmethoden für Lehre sowie Forschung und Entwicklung an einer Hochschule Einleitung Problemstellung Lösungsansätze Praktische Umsetzung Zusammenfassung Im nachfolgenden Text wurde im Allgemeinen nur auf ein Geschlecht bezug genommen, dies dient ausschließlich der leichteren Lesbarkeit. In allen Fällen ist damit völlig gleichwertig auch die jeweils andersgeschlechtliche Form des Wortes oder Begriffes gemeint, z.b. Muttersprache = Vatersprache oder Vaterland = Mutterland. VortragHdTMünchen0103.doc FH JOANNEUM Gesellschaft mbh, A-8020 Graz, Alte Poststraße 149, Tel.: ++43 / 316 / , Fax: ++43 / 316 /

2 Einleitung: Seit den Achtziger-Jahren des vorigen Jahrhunderts hat sich ein starker Wandel im Entwicklungsprozess eines Fahrzeuges bzw. seiner Komponenten vollzogen. Nicht nur strukturell, durch die Veränderung in der Zuliefer-Pyramide und der Auslagerung von vielen Arbeitsumfängen an Zulieferer und Entwicklungsdienstleister, sondern auch in der Vorgangsweise und Systematik. Neue Werkzeuge waren in vielen Fällen Voraussetzung für diesen Umbruch oder wurden durch die Veränderungen erforderlich. Beginnend mit ersten Finite-Element-Festigkeitsberechungen, über 3D-CFD- Stömungssimulationen, 3D-CAD-Systeme und virtuelle Crash-Tests bis hin zum Digital-Mock-Up, dem virtuellen Prototypen, kam es zu dramatischen Verschiebungen von Entwicklungsumfängen aus Versuch und Erprobung hin in den virtuellen Raum der numerischen Simulation. Aber nicht nur im Bereich der Fahrzeug- und Aggregateentwicklung, sondern auch bei der Optimierung von Fertigungsprozessen und Produktionsabläufen haben komplexe Simulationsmethoden Einzug gehalten. Die Simulation von Tiefziehvorgängen ist heute genauso Stand der Technik wie die Erprobung des gesamten Produktionsablaufes in der virtuellen Fabrik. FAHRZEUGTECHNIK/ FH Prof. Dr. G. Gaberscik Einleitung (2D) 3D CAD Systeme 3D Strömungssimulation CFD Festigkeitsberechung FEM Virtuelle Fabrik Fertigungssimulation Fahrdynamiksimu. Digital Mock Up Virtueller Crash-Test Betriebsfestigkeitsauslegung Immer umfangreichere Simulationsmodelle ermöglichen eine wesentliche Verbesserung der Aussagegenauigkeit und die rasante Entwicklung bei den Computern schaffen die notwendigen, rechentechnischen Voraussetzungen dies auch in überschaubaren Zeiten und damit vertretbaren Kosten darstellen zu Dr. G. Gaberscik VortragHdTMünchen0103.doc Seite 2 von 11

3 können. Dennoch ist es entgegen den Prophezeiungen bisher nicht zu einem drastischen Rückgang von Versuchsumfängen gekommen. Im Gegenteil, auch die Entwicklungswerkzeuge in diesem Bereich haben eine enorme Erweiterung der Funktionalität erfahren. Letztlich ist es nur durch diese Fortschritte in den Bereichen Versuchstechnik und Erprobung sowie auch der numerischen Simulation möglich gewesen, die dramatisch verschärften Anforderungen an das komplexe System Fahrzeug auch wirklich am Produkt darzustellen. Auch der verständliche Wunsch nach weiterer Kostenreduktion, der zu immer kürzerer Entwicklungsdauer und Produktionsvorbereitungszeiten führt, konnte nur durch die modernen Simulationsmethoden befriedigt werden. Vor diesem Hintergrund und durch die anwendungsbezogene Forschung und Entwicklung auch unmittelbar in den Umwandlungsprozess miteingebunden, ergeben sich auch für eine Hochschule gravierende Änderungen, auf die es richtig zu reagieren gilt. Am Beispiel des es Fahrzeugtechnik Automotive Engineering der FH Joanneum Graz wird aufgezeigt wie man dynamisch in einem sich ständig verändernden Umfeld agiert und den schwierigen Spagat zwischen fundierter Grundausbildung und moderner F&E schaffen kann. Problemstellung für eine Hochschule Die Aufgabe einer Hochschule ist neben dem bekannten gesetzlichen Auftrag vor allem durch die Abforderungen aus der Wirtschaft und der Gesellschaft geprägt. So hat der Gesetzgeber meist sehr allgemein festgeschrieben, dass Hochschulen eine Berufs-Vor-Bildung oder Berufsausbildung auf wissenschaftlicher Basis vornehmen und über Forschung und Entwicklung die Wissenschaft mehren sollen. Dies ist ein sehr weiter Auftrag, der manchmal noch mehr präzisiert wird, aber meist in der konkreten Umsetzung sinnvoller Weise der entsprechenden Institution überlassen wird. Die Wirtschaft ihrerseits hat viel spezifischere Vorstellungen über die hochschulische Bildung. In vielen Fällen steht, nicht unverständlich, dabei die fokussierte Ausbildung für eine spezielle Aufgabenstellung klar im Vordergrund. Die Startphase in der Firma soll kurz sein, der neu aufgenommene Hochschulabsolvent soll rasch produktiv arbeiten, die mitgebrachte Fachkompetenz soll so gut sein, dass spezifische Einschulung nicht notwendig oder zumindest sehr rasch möglich ist. Zusätzlich wird aber auch erwartet, dass ein Hochschulabsolvent sich an verändernde Bedingungen anpassen kann und vor allem eine entsprechende Methoden- und Problemlösungskompetenz mitbringt. Darüber hinaus erwartet man zu recht auch eine soziale Kompetenz von einem Absolventen einer Hochschule, denn sie sind letztlich potentielle Führungskräfte. Dr. G. Gaberscik VortragHdTMünchen0103.doc Seite 3 von 11

4 Die Vorstellungen der Gesellschaft von einem Hochschulstudium sind wiederum viel allgemeiner. Hier rückt wieder die Bildung vor die Ausbildung. An einen Akademiker werden selbstverständlich hohe Maßstäbe angelegt. Die Gesellschaft erwartet zu recht von den Hochschulen, dass diese keine Fachidioten, sondern verantwortungsbewusste und weitsichtige Absolventen entlässt, die auch komplexe Systeme durchschauen und richtig bewerten können. Vor allem ist dies bei der Ausbildung von Technikern wichtig, da wir, die Techniker, unsere Umwelt und damit auch die Gesellschaft stärker beeinflussen als jede andere Berufsgruppe. FAHRZEUGTECHNIK/ Anforderungen der Wirtschaft Kurze Anlaufphase Fachkompetenz Methodenkompetenz Erwartungen der Gesellschaft Systemdenken Verantwortliches Handeln Soziale Kompetenz Berufs-Vor- bzw. Berufsausbildung auf wissenschaftlicher Basis Problemstellung Gesetzlicher Auftrag FH Prof. Dr. G. Gaberscik Auf diesem Fundament der Anforderungen muss nun eine moderne Hochschulausbildung basieren. Dabei ergeben sich einige durchaus gegenläufige Aufgabenstellungen, von denen im Folgenden drei herausgegriffen werden sollen und zwar Grundlagenorientierung Spezialisierung Wissensumfang Studiendauer Betreuungsaufwand Kosten Beim ersten gegenläufigen Begriffspaar kann man noch recht allgemein sagen: Klar, die Universitäten sind doch für die Grundlagenorientierung prädestiniert und die übrigen Hochschulen sollen die spezialisierte Ausbildung durchführen. Das stimmt aber nur zum Teil, denn in jeder Hochschule ist eine Vermittlung der Grundlagen unumgänglich. In jeder Studienrichtung muss entschieden Dr. G. Gaberscik VortragHdTMünchen0103.doc Seite 4 von 11

5 werden wie dieses Verhältnis aussehen soll, damit die Balance stimmt. Zuviel Grundlagen und zuwenig Spezialisierung erschweren den Berufseinstieg, andererseits ist die Fähigkeit zur späteren beruflichen Weiterentwicklung, die wohl immer notwendig ist, sehr stark mit dem Verständnis der grundlegenden Zusammenhänge verbunden. Wenn diese Basis fehlt, ist bald der Plafond erreicht. Beim Begriffspaar Wissensumfang Studiendauer ist die Austarierung nicht minder schwierig. Selbstverständlich soll der Wissensumfang, der während eines Studiums an die Studierenden transferiert wird, so groß wie nur möglich sein. Andererseits soll ein Studium so gestaltet sein, dass es in der vorgesehenen Studienzeit auch zu absolvieren ist. Wird zuviel hineingepackt, so explodiert die Studiendauer, ist die Studiendauer prinzipiell zu kurz bemessen, kann der gestellte Bildungsauftrag nicht erfüllt werden. Die Regelstudienzeit und die reale Studienzeit dürfen nicht auseinanderklaffen, sie muss aber auch eine Mindestdauer umfassen, wenn man von einen Studium sprechen will. Das dritte Begriffspaar Betreuungsaufwand Kosten ist bis zu einem gewissen Grad auch mit den vorherigen Begriffspaaren verknüpft, denn die Kosten sind in allen Belangen immer ein wichtiger Faktor und der Betreuungsaufwand hat einen erheblichen Einfluss auf den Umfang des weitergegebenen Wissens, den möglichen Spezialisierungsgrad, die Vertiefungsmöglichkeit der Grundlagen und erst recht auf die Studiendauer. Im engeren Sinne kann aber gesagt werden, dass eine Erhöhung der Betreuung je Student die Kosten ungefähr in gleicher Weise anhebt. Zu all diesen schon bekannten Spannungsfeldern kommt nun die Herausforderung, die neuen und sich rasch verändernden Simulationsmethoden und Berechnungswerkzeuge in ein modernes Hochschulstudium sinnvoll zu integrieren. Hier geht es einerseits um Grundlagen und spezialisiertes Wissen, um Wissensumfang und der dazu notwendigen Zeit, sowie um Betreuung und natürlich auch um die mit allem verbundenen Kosten. Besonderes erschwerend kommt hiezu noch die lange Produktionszeit von 4 bis 5 Jahren, der es bedarf um aus einem Studienanfänger einen Absolventen zu machen. Darüber hinaus ist es eine zusätzliche Aufgabe auch für den unverzichtbaren Bereich der F&E- Tätigkeit an einer Hochschule immer mit den modernen Simulationstechniken vertraut zu sein, denn nur dann ist einen Kooperation mit der Wirtschaft wirklich möglich. Die Sicherstellung der optimalen Marktanpassung, vor allem in diesem hochdynamischen Bereich, unter Beibehaltung des Gesamtwertes der Hochschulausbildung wird dadurch zur besonderen Herausforderung für alle beteiligten Akteure, der Hochschule, der Wirtschaft und den Verantwortungsträgern in der Gesellschaft. Dr. G. Gaberscik VortragHdTMünchen0103.doc Seite 5 von 11

6 Lösungsansätze im Hochschulbereich Die Lösungsansätze für diese neue und dynamische Problemstellung müssen ebenso neu und flexibel sein wie die damit verbundenen Randbedingungen. Mit starren Denkweisen und Funktionsmustern wird man nicht ans Ziel kommen, genauso wenig mit verknöcherten Strukturen und unbeweglichen Verwaltungsapparaten. Betrachtet man den Bereich der Lehre, so ergeben sich aus der Problemstellung folgende Anforderungen aus denen Lösungsansätze erarbeitet werden können: Klare Berufsfelder für die Studien konzipiert werden Breite grundlagenorientierte Ausbildung Entwicklung kompakter, gut abgestimmter Studienpläne, die gemeinsam mit der Wirtschaft erarbeitet werden Vermittlung sowohl der Fach-, als auch Methoden- und Sozialkompetenz während des Studiums Ausgewogenes Verhältnis zwischen frontaler Wissensvermittlung und projektorientiertem Lehren und Lernen sowie neuer Lehr- und Lernmethoden Einbindung von Fachleuten aus dem Berufsleben in den Studienablauf Einbeziehung von Praktika mit klar definierten Zielen Darstellung eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses Regelmäßige externe Qualitätskontrolle und Umsetzung der daraus abzuleitenden Maßnahmen Sicherung der notwendigen Ressourcen durch die Gesellschaft und die Wirtschaft Leistungsanreize für die Studierenden Im Bereich der F&E stellen sich die Anforderungen wie folgt dar: Klares Bekenntnis aller zur Forschung und Entwicklung an Hochschulen Schaffung einer F&E-geeigneten Hochschulstruktur Bereitstellung einer adäquaten Infrastruktur Sicherung der Einbindung in das Berufsfeld durch Integration in entsprechende Netzwerke Start-Up-Programme zur Initialisierung von Themenschwerpunkten an Hochschulen Abgestimmte Schwerpunktbildung mit entsprechenden Kooperationen zwischen den Hochschulen Leistungsanreize für die Hochschulangehörigen Erleichterung des Wechsels zwischen Wirtschaft und Hochschule und auch wieder zurück Auf Basis dieser dargestellten Anforderungen sollte sich jede Hochschule einen spezifischen Lösungsansatz erarbeiten, wobei natürlich für jede Studienrichtung Dr. G. Gaberscik VortragHdTMünchen0103.doc Seite 6 von 11

7 die entsprechenden Randbedingungen beachtet werden müssen. Nur so können auch die neuen Simulationswerkzeuge und Methoden sinnvoll in ein Studium integriert werden. Ein einfaches Dazuaddieren ohne eine gesamthafte Adaption des Studiums und wohl auch der Hochschulstruktur wird nur zu sehr bescheidenen Erfolgen führen. Die Neuerungen und der Umbruch im Berufsleben sollten sich auch in der Hochschule entsprechend abbilden. Praktische Umsetzung am Beispiel des FH-StG Fahrzeugtechnik der FH Joanneum Graz Voraussetzung für die Darstellung einer zukunftsweisenden Studienstruktur ist im Falle des Beispiels auch die Organisation der Hochschule als wirtschaftsnahes Konstrukt. Der Verzicht auf althergebrachte Organisationsformen mit Beamtenstatus und Weisungswegen etc. und die Schaffung einer schlanken Hochschulleitung, in Anlehnung an bewährte Systeme der Wirtschaft in Form einer Gesellschaft mit beschränkter Haftung, hat sich bisher recht gut bewährt. Schwierig ist dabei die Gradwanderung zwischen Führungsanspruch einerseits und Freiheit der Wissenschaft auf der anderen Seite. Auch hier zeigt sich als vorteilhaft was in der Berufswelt als gut angesehen wird, die Delegation von Entscheidungsmöglichkeiten und Verantwortung in die operativen Einheiten hinein. FAHRZEUGTECHNIK/ STAAT BM:BWK FH Rat PRIVAT Erhalter Erhalter Organisatorischer Überbau Erhalter Fachhochschule FH Konferenz Erhalter FH Prof. Dr. G. Gaberscik Die Umsetzung der Anforderungen des Gesetzgebers, der Wirtschaft und der Gesellschaft in ein reales zeitgemäßes Studium erfolgte auf Basis einer Dr. G. Gaberscik VortragHdTMünchen0103.doc Seite 7 von 11

8 entsprechenden Entwicklung eines Teams aus Fachleuten der Wirtschaft und der Wissenschaft. Das österreichische System am Fachhochschulsektor ist ein Akkreditierungssystem, mit beschränkter Zulassungsdauer sowie entsprechenden periodischen externen Qualitätskontrollen und damit verbundenen Verlängerungsverfahren. Wichtig ist auch der beschränkte und bedarfsorientierte Zugang sowie die Umsetzung eines straffen Studienablaufs und die zumindest am Beginn gute Führung der Studierenden. Das Studium zielt auf ein genau definiertes Berufsfeld ab und aus diesem rekrutiert sich auch das Kuratorium, das gemeinsam mit der studentischen Evaluierung wesentlichen Einfluss auf den kontinuierlichen Verbesserungsprozess ausübt. Durch diese mehrfachen Rückkoppelschleifen wird sichergestellt, dass die Integration des Studiums im Berufsfeld auch längerfristig erhalten bleibt. FAHRZEUGTECHNIK/ Empfehlungen und Auflagen für den Verlängerungsantrag Erhalter & Selbstevaluierung Vorort Evaluierung Stellungnahme FH Rat Peerbericht Evaluierungsauftrag Evaluierungsprozess eines FH StG Unabhängige Peer Group FH Prof. Dr. G. Gaberscik Ganz im Sinne der Spannungsfelder Grundlagen Spezialisierung wurde darauf geachtet, dass nicht nur die spezielle Fachkompetenz der Absolventen den Anforderungen des Berufslebens entspricht, sondern dass auf Basis einer soliden Grundlagenausbildung auch die Methodenkompetenz nicht zu kurz kommt. Das heißt, dass schon sehr früh, auch bei der Vermittlung des Grundlagenwissens, einerseits eine starke fächerübergreifende Vernetzung und Abstimmung erfolgt und andererseits auch schon in dieser Phase projektorientiertes Lehren und Lernen umgesetzt wird. Auf diese Weise wird schon in den ersten Semestern an der Stärkung der Problemlösungskompetenz gearbeitet. Gleichfalls gelingt es im Zuge der Projekte, die Studierenden an reale Aufgabenstellungen aus der Dr. G. Gaberscik VortragHdTMünchen0103.doc Seite 8 von 11

9 Wirtschaft heranzuführen und mit ersten modernen Werkzeugen vertraut zu machen. Im Zuge des Studiums werden jedem Studierenden Grundkenntnisse über die wichtigsten zeitgemäßen Techniken vermittelt. So muss z.b. jeder zumindest ein 3D-CAD-System erlernen. Die Beherrschung weiterer dieser komplexen Tools können über Projektarbeiten erarbeitet werden. Ein Zugang, der das Erlernen von allen denkbaren Simulationswerkzeugen innerhalb des Studiums ermöglichen würde, scheidet schon aus Zeitgründen aus, denn die Studiendauer darf nicht dadurch erhöht werden, dass immer neue und komplexere Simulationsmethoden entwickelt werden. Es können nicht alle Studierenden den Umgang mit allen Werkzeugen in der kurzen Zeit des Studiums erlernen, sondern gemäß den Wünschen und Vorstellungen für den Berufseinstieg schafft sich jeder seine spezifische Startposition. Diese Art der Umsetzung erzeugt ein sehr leistungsförderndes Umfeld. Die Motivation der Studierenden wird gezielt gesteigert, es entsteht Freude am Lernen und damit steigt der Einsatz auf ein Niveau, das sonst nicht erreichbar wäre. Schwierig ist dabei einerseits die Bereitstellung der neuesten Simulationstools und der dafür notwendigen Hardware. Meist sind die Anbieter jedoch weitsichtig genug um zu erkennen, dass die kostenlose oder zumindest sehr günstige Überlassung an die Hochschule auch für sie enorme Vorteile mit sich bringt. Weiters bedarf es auch einer engen Kooperation mit der einschlägigen Wirtschaft um aus der Vielzahl der konkurrierenden Produkte, das für die Ausbildung und spätere Berufsleben optimale auszuwählen. FAHRZEUGTECHNIK/ Grundlagen F&E der Universitäten F&E der FH F&E Interesse der Wirtschaft Produkt F&E Bereiche FH Prof. Dr. G. Gaberscik Dr. G. Gaberscik VortragHdTMünchen0103.doc Seite 9 von 11

10 Auch im Sektor der anwendungsbezogenen F&E wurde ein Schwerpunkt mit dem Thema technische Berechung und Simulation gesetzt. Das Ziel ist hierbei die Tätigkeit im Bereich der vorwettbewerblichen F&E und nicht im Tagesgeschäft, denn dies ist die Domäne von Dienstleistern und den Firmen selbst, mit denen eine Hochschule prinzipiell nicht in Konkurrenz treten sollte. Auch das dritte schon dargestellte Spannungsfeld Betreuungsaufwand zu Kosten konnte bisher zufriedenstellend austariert werden. Die Verknüpfung von Lehre und F&E bietet hier einen guten Ansatz. Die Studierenden werden, wo immer dies möglich und sinnvoll ist, in Projekte mit der Wirtschaft miteinbezogen. Auf diesem Wege können die jungen Menschen gut betreut an aktuellen Themen arbeiten und sich mit modernen Werkzeugen vertraut machen. Weiters wird so auch die erforderliche intensive Betreuung bei der Anwendung der komplexen Simulationsverfahren entsprechend finanziell abgedeckt. Die weltweiten Rückmeldungen aus den Firmen, die Praktikanten oder Absolventen aufgenommen haben, ist durchwegs überaus positiv. Auch die externe Qualitätskontrolle durch Fachleute aus der einschlägigen Wirtschaft und internationalen Wissenschaft hat ein exzellentes Ergebnis erbracht. So wurde der Fahrzeugtechnik Automotive Engineering als erster und bisher einziger in Österreich mit der bestmöglichen Beurteilung bedacht. Zusammenfassung Die neuen Simulationswerkzeuge schaffen neue bisher ungeahnte Möglichkeiten und sie verändern dadurch nicht nur die Abläufe in der Wirtschaft, sondern sie erfordern auch von Hochschulen eine entsprechende Anpassung der Struktur, des Herangehens an die Lehre sowie an die Art der Abwicklung von Forschung und Entwicklung. Eine ausgewogene Abstimmung zwischen den Anforderungen des Gesetzgebers, der Wirtschaft und der Gesellschaft ist dabei genauso wichtig wie die solide Integration von verschiedenen Lehr- und Lernmethoden. Dazu ist eine entsprechende Infrastruktur erforderlich, die den Einsatz der modernen komplexen Tools ermöglicht und auch die Anbindung der hochschulischen an die firmeneigene F&E zulässt. Laufende Rückkopplung zwischen der Hochschule und dem Umfeld ist genauso wichtig wie eine periodische externe Qualitätskontrolle. Nur wenn eine Hochschule gut in das Berufsfeld integriert ist, wird auch das Produkt, das ja auch gleichzeitig Kunde ist, am Markt, d.h. im Berufsleben, sich bewähren. In diesem Sinne sind alle Akteure aufgerufen, zum Wohle unseres Gemeinwesens, konstruktiv zusammenzuarbeiten und die Zukunft aktiv mitzugestalten. Dr. G. Gaberscik VortragHdTMünchen0103.doc Seite 10 von 11

11 Literaturverzeichnis: Bundesgesetz über Fachhochschul-Studiengänge, BGBl. I Nr. 58/2002 vom Lebenslanges Lernen, Schriften zum Bildungsrecht und zur Bildungspolitik, Verlag ÖBV, Teil Lebenslanges Lernen Schlagwort oder Lösung. Anmerkungen eines Technikers, Gerald Gaberscik, voraussichtlich 2003 FHR-Info 17, Information für Antragsteller, Mitteilungen, Verordnungen, Beschlüsse des Fachhochschulrates, 10/2000 Dr. G. Gaberscik VortragHdTMünchen0103.doc Seite 11 von 11

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