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Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt - Gottfried Wilhelm Leibniz-Preisträger 2001

Lebenslauf

21.04.1956  geboren in Böblingen 

1963 - 1966 Grundschule, Holzgerlingen

1966 - 1975 Albert-Einstein-Gymnasium, Böblingen 

1975  Abitur (mathematisch-naturwissenschaftlicher Schwerpunkt)

1975 - 1976 Grundwehrdienst in Mannheim und Bad Mergentheim 

1976 - 1982 Studium der Verfahrenstechnik an der Universtität Stuttgart Schwerpunkte: Systemdynamik und Thermische Verfahrenstechnik 

1982 Abschluss Dipl.-Ing. (mit Auszeichnung)

1982 - 1988  Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik der Universtität Stuttgart

1988 Promotion zum Dr.-Ing. (mit Auszeichnung), Thema: Nichtlineare Wellenausbreitung - Ein Weg zu reduzierten Modellen von Stofftrennprozessen, Berichter: Prof. Dr.-Ing. E.D. Gilles, Prof. Dr.-Ing. K. Stephan 

1988 Preis der Freunde der Universität Stuttgart für die Dissertation 

1988 - 1992 Wissenschaftlicher Assistent (C1) am Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik der Universität Stuttgart

1989 - 1990 Postdoktoranden-Stipendium der NATO Forschungsaufenthalt am Department of Chemical Engineering der University of Wisconsin, Madison, USA 

1990 Arnold-Eucken-Preis der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemie-Ingenieurwesen (GVC) 

1992 Habilitation an der Universität Stuttgart

Lehrgebiet: Prozessdynamik und Prozessführung seit 1993 Universitätsprofessor (C4) für Prozesstechnik an der RWTH Aachen, Aufbau und Leitung des neu gegründeten Lehrstuhls für Prozesstechnik im Fachbereich für Maschinenwesen seit 1994 Mitherausgeber des Journal of Process Control

1996 Ruf an die ETH Zürich (Professur für Process Systems Engineering) Ruf an das Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme, Magdeburg (Wissenschaftliches Mitglied und Direktor, Leitung der Abteilung "Prozesstechnik") seit 1998 Mitglied der Nordrhein-Westfälischen Akademie der Wissenschaften

1999 Olaf A. Hougen Visiting Professor am Department of Chemical Engineering der University of Wisconsin, Madison, USA seit 1999 Mitglied des Vorstands der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemie-Ingenieurwesen (GVC) seit 1999 Leitung der Senatskommission für das Rechenzentrum an der RWTH Aachen

Forschungsschwerpunkte

Produkte der verfahrenstechnischen Industrie sind uns allen aus dem täglichen Leben bekannt, ohne dass wir sie einem einzigen Industriezweig zuordnen würden. Als Beispiele seien stellvertretend Kraftstoffe für Fahrzeuge aller Art, Pharmazeutika und Lebensmittel oder aber so unterschiedliche Materialien wie Kunststoffe, Farbpigmente oder Solarsilizium genannt. Trotz der Vielfalt weisen diese Produkte ein verbindendes Element auf: in allen Produktionsprozessen werden natürliche oder synthetische Stoffe hinsichtlich Art, Zusammensetzung und Eigenschaften gezielt verändert, um vielfältigen Qualitätsanforderungen zu genügen.

Die Verfahrenstechnik beschäftigt sich als Ingenieurwissenschaft mit den Grundlangen und mit der technischen Umsetzung von industriellen Verfahren zur Herstellung verschiedenster Produkte durch Stoffumwandlung. Die Prozesstechnik ist (nach unserem Verständnis) das Teilgebiet der Verfahrenstechnik, in dem Produktionsprozesse ganzheitlich entwickelt, betrieben, analysiert und verbessert werden. Dabei sind stets verschiedene und teilweise widersprüchliche Kriterien, wie beispielsweise Wirtschaftlichkeit, Flexibilität, Sicherheit und Nachhaltigkeit der Produktion abzuwägen und im Sinne eines Kompromisses über den gesamten Lebenszyklus des Prozesses zu einem Optimum zu führen.

Diese Zielsetzung erfordert eine integrative Behandlung oft isoliert betrachteter Aufgabenstellungen wie die Realisierung gewünschter Produkteigenschaften, die Entwicklung von Herstellprozessen für neue oder bekannte Produkte und das Management dieser Prozesse, das sich mit allen Fragen des Betriebs einer Anlage als Teil einer weltweit verteilten Prozesskette zwischen Rohstofflieferant und Endverbraucher beschäftigt. So reicht es zum Beispiel nicht aus, die einzelnen Teilschritte eines Produktionsprozesses oder die verschiedenen Produktions- und Logistikprozesse einer Prozesskette für ein bestimmtes Produkt (mit fester Qualität und Herstellmenge) für sich zu optimieren. Werden die Wechselwirkungen mit den vor- oder nachgeschalteten Einheiten oder auch die sich dynamisch verändernden Marktbedingungen nicht angemessen berücksichtigt, wird man das wirtschaftliche Potenzial nicht ausschöpfen und Wettbewerbsvorteile nicht realisieren können.

Der integrative Ansatz der Prozesstechnik und die Produkt- und Prozessvielfalt erfordern eine Konzentration unserer wissenschaftlichen Arbeit auf möglichst allgemein anwendbare Methoden, die meist rechnerunterstützt zur Lösung spezieller verfahrenstechnischer Probleme angewandt werden können. Herausfordernde industrielle Fragestellungen werden bearbeitet, um neue Methoden zu motivieren und um ihre Leistungsfähigkeit zu validieren.

Alle Methoden basieren auf der Nachbildung des Prozessverhaltens mit Hilfe mathematischer Modelle, um mittels Computersimulation das zu erwartende oder realisierte Verhalten des Prozesses oder gar der Pozesskette unter verschiedenen Produktionsbedingungen vorausberechnen zu können. Das Simulationsmodell dient somit als ein virtuelles Experiment, mit dem sich schnell und kostengünstig Prozessverständnis gewinnen lässt. Ein Forschungsschwerpunkt befasst sich daher mit verschiedenen methodischen Aspekten der Modellierung verfahrenstechnischer Prozesse. Es sind dies die skalenübergreifende Modellierung, bei der die physikalisch-chemischen Vorgänge abhängig von den mit dem Modell zu beantwortenden Fragen mit unterschiedlicher Auflösung bezüglich Zeit, Ort und chemischer Zusammensetzung abgebildet werden, die modellgestützte experimentelle Analyse, bei der hochauflösende Messtechniken, die skalenübergreifende Modellierung und geeignete mathematische Methoden integriert werden, um aus experimentellen Beobachtungen beispielsweise auf die in mehrphasigen, reaktiven Stoffgemischen ablaufenden chemisch-physikalischen Vorgänge quantitativ zurückschließen zu können, die Systematisierung der Entwicklung, Pflege und Wiederverwendung von mathematischen Modellen im viele Jahre umfassenden Lebenszyklus einer Anlage zur Reduktion des Modellierungsaufwands, zur Steigerung der Modellqualität und zur Sicherung von Prozesswissen.

Die mathematischen Modelle bilden die Basis modellgestützter Methoden zur Prozessentwicklung und zum Prozessmanagement, mit deren Entwicklung und Erprobung sich ein zweiter Forschungsschwerpunkt beschäftigt. Aktuelle Beispiele sind auf einfachen Modellen basierende Screening-Methoden, mit denen in einer frühen Phase der Prozessentwicklung die Alternativen (z.B. zur Gestaltung der Abtrennung des gewünschten Produktes aus einem Reaktionsgemisch) auf einfache Weise identifiziert werden können, die sich durch niedrige Betriebs- und Investitionskosten auszeichnen, optimierungsbasierte Verfahren der Prozessentwicklung, die gleichzeitig verschiedene Entwurfsziele wie Wirtschaftlichkeit, Sicherheit, Flexibilität und Robustheit gegen unvermeidliche Unsicherheiten in den spezifizierten Randbedingungen berücksichtigen (z.B. Gestaltung und Führung chemischer Reaktoren, die neben der Produktivitätsmaximierung auch einen sicheren Betrieb bei Ausfall des Kühlsystems gewährleisten), die dynamische Echtzeitoptimierung, welche die modellgestützte Beobachtung, Überwachung und automatische Anpassung des Anlagenzustands an sich verändernde Umgebungsbedingungen in der Prozesskette und am Markt ermöglichen, um jederzeit einen wirtschaftlichen und bestimmungsgemäßen Betrieb zu erreichen.

Modellgestützte Prozessentwicklung läuft in einem interdisziplinär zusammengesetzten Team ab, das zunehmend auch geographisch und organisatorisch verteilt agiert. Dabei wird über einen längeren Zeitraum verteilt eine Fülle von Informationen erzeugt. Die Integration dieser Informationen und der sie verarbeitenden Arbeitsschritte sind für Qualität, Nachvollziehbarkeit und Wiederverwendbarkeit des Entwicklungsprozesses unerlässlich. Ein dritter Forschungsschwerpunkt befasst sich daher mit informatischen Ansätzen zur Unterstützung der mathematischen Modellierung und der Prozessentwicklung. Die laufenden Arbeiten umfassen die Entwicklung von Software-Werkzeugen zur Erstellung, Dokumentation, Verwaltung und Wiederverwendung mathematischer Modelle für verschiedene Anwendungen im Lebenszyklus einer Anlage, die softwaretechnische Integration von verschiedenen Simulatoren, die bereits in früheren Entwicklungsphasen für die Berechnung von Teilanlagen realisiert wurden, zu einem integrierten Simulationssystem für die Berechnung der Gesamtanlage, die Analyse, Verbesserung und formale Erfassung von Arbeitsprozessen und der dabei anfallenden Informationen als Grundlage der Konzeption und Realisierung neuartiger Software-Werkzeuge zur Unterstützung der Prozessentwicklung im industriellen Umfeld.

Die Forschungsschwerpunkte weisen ausgeprägte Schnittstellen zu Informatik, Mathematik und physikalischer Messtechnik auf. Diese Schnittstellen sind charakteristisch für unseren Forschungsansatz, der auf Fortschritte an den Grenzen des eigenen Fachgebiets - der Verfahrenstechnik - abzielt und nur in einer engen Kooperation mit anderen Disziplinen erfolgreich sein kann.