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Grundlagen für bessere Ingenieur-Software

WissenschaftlerInnen der Uni Siegen arbeiten mit internationalen KollegInnen daran, Softwareanwendungen im Ingenieurbereich zu verbessern. Das Projekt „Computing with Infinite Data“ (CID) wird von der EU mit knapp 1 Mio. Euro gefördert.

Der Autopilot in einem Flugzeug muss fehlerfrei funktionieren. Ebenso die Software von Steuerungs- und Überwachungssystemen im Bahnverkehr. Auch bei selbstfahrenden Autos hängen Menschenleben davon ab, dass sich die Technik jederzeit korrekt verhält. InformatikerInnen der Uni Siegen arbeiten daran, die Software für solche Anwendungen zu verbessern. Im Projekt „Computing with Infinite Data“ (CID) kooperieren die ForscherInnen dazu mit über 20 Partneruniversitäten und –Instituten in aller Welt. Die EU fördert das Projekt im Rahmen des Programms „Horizon 2020“ mit knapp einer Millionen Euro.

„Wir haben bisher keine Möglichkeit, die mathematische Theorie eins-zu-eins in der Programmiersprache abzubilden“, erklärt Prof. Dr. Dieter Spreen von der Uni Siegen, der das Projekt gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Dr. Markus Lohrey leitet. Ein Problem stellen den Experten zufolge die vielen noch aus der Schule bekannten Dezimalbrüche dar: Sie können in den Programmen nicht komplett abgebildet werden, was Rundungsfehler zur Folge hat. „Ein Ziel unserer Forschung ist es, dieses Missverhältnis zwischen mathematischer Theorie und dem, was im Rechner passiert, aufzuheben und so Ungenauigkeiten in den Programmen zu beheben“, sagt Spreen.

Gleichzeitig möchten die ForscherInnen im Rahmen des CID-Projektes eine Möglichkeit entwickeln, die korrekte Funktionsweise von Ingenieur-Anwendungen formal zu beweisen. „Bisher wird etwa die Software für Flugzeug-Autopiloten umfangreich getestet, bevor sie zum Einsatz kommt. Sollten dennoch Sicherheitslücken auftreten, müssen sie nachträglich geschlossen werden“, erklärt Professor Spreen. Unter Verwendung unendlich-präziser Daten soll es in Zukunft möglich sein, formal zu beweisen, dass Programme entsprechend der jeweiligen Vorgaben funktionieren. Tests wären damit überflüssig, Sicherheitslücken könnten vorab ausgeschlossen werden. „Ein solches Verfahren wäre zuverlässiger, als das bisherige“, ist Spreen überzeugt. „Wir hätten dann zertifizierte Programme, die mit hundertprozentiger Sicherheit korrekt arbeiten.“

In einem weiteren Teilbereich des Projektes beschäftigen sich die WissenschaftlerInnen mit verschiedenen Rechenverfahren in Ingenieuranwendungen. „Wir möchten die Verfahren hinsichtlich ihres Rechenaufwandes vergleichen und eine Theorie dazu entwickeln“, erläutert Spreen. Für manche Problemstellungen gebe es aufgrund ihrer Komplexität auch schlicht keine einfachen Verfahren. Auch diese Erkenntnis sei für Anwender und Forscher wertvoll, da sie in solchen Fällen nicht mehr unnötig und zeitaufwändig nach Alternativen suchen müssten.

Das Verbund-Projekt wird von der Universität Siegen koordiniert und startet am 1. April 2017. In Deutschland sind neben der Uni Siegen noch die Universität Trier, die FH Dortmund und die LMU München beteiligt, hinzu kommen Partnerschaften mit verschiedenen europäischen Universitäten, aber auch mit Institutionen zum Beispiel in Japan, Korea, Südafrika oder Chile. „Computing with Infinite Data“ sei das teilnehmerstärkste Projekt im Rahmen der Ausschreibung, sagt Prof. Spreen. Mit den Fördermitteln sollen vor allem gegenseitige Besuche der WissenschaftlerInnen finanziert werden: Sie wollen die mehrmonatigen Forschungsaufenthalte dazu nutzen, Wissen auszutauschen und voneinander zu lernen. Einmal pro Jahr ist darüber hinaus ein offener Workshop geplant. Die Laufzeit des Projektes beträgt insgesamt vier Jahre.

Ansprechpartner: Prof. Dr. Dieter Spreen, E-Mail: spreen@mathematik.uni-siegen.de, Tel.: 0271-740 3165