Moderne cyber-physikalische Systeme (CPS), wie etwa Autos oder Produktionsanlagen, stecken voller elektronischer und mechanischer Komponenten, die von Software gesteuert werden. Es gleicht einem Puzzle, dessen Teile sich ständig ändern. Da das Gesamtsystem aber nur bei perfektem Zusammenspiel aller Bestandteile funktioniert, stellt sich beim Entwurf solcher Systeme die Herausforderung, die jeweiligen Systemarchitekturen fortwährend konsistent zu halten. Neue Methoden dafür wird ein Sonderforschungsbereich (SFB) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickeln. Für vier Jahre fließen dabei rund 11 Millionen Euro ans KIT.
Fahrzeuge, Züge, Flugzeuge, Smarthomes oder auch Produktionsstätten – CPS kombinieren elektronische und mechanische Elemente mit Software. Die Entwicklung dieser Systeme ist hochkomplex, da es viele Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Komponenten gibt. „Ändert sich beim Auto zum Beispiel etwas am Kabelbaum, muss sich auch der Durchmesser des Kabelschachtes ändern“, sagt Professor Ralf Reussner, der Sprecher des SFB am KIT. Dafür müssten sich Elektrotechnikerinnen und -techniker sowie Maschinenbauerinnen und Maschinenbauer abstimmen. Abstimmungsbedarf gebe es genauso bei Änderungen an der Software. Heute geschehe das in der Industrie während regelmäßiger Treffen zwischen den Disziplinen. Diese Prozesse seien aber nicht nur umständlich, sondern auch schwerfällig und fehlerträchtig, erklärt Reussner. „Ideal wäre, die Updates beim Auto genauso schnell und umstandslos aufzuspielen wie bei einem Smartphone, oder neue Funktionen einfach zukaufen und downloaden zu können.“
Neue Methoden für schnellere Entwicklung in Industrie
Im SFB sollen nun Softwaremethoden zur Strukturierung und Organisation der Arbeit bei der Entwicklung von CPS erforscht werden. Die neuen Entwurfsmethoden für CPS sollen für schnellere Entwicklungszyklen in der Industrie sorgen. Dafür werden am KIT rund 20 neue Stellen für Forschende im Spitzenbereich geschaffen.
SFB sind langfristig angelegte Forschungseinrichtungen der Hochschulen, in denen Forschende in einem fächerübergreifenden Forschungsprogramm zusammenarbeiten. Sie werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Die Förderperiode beträgt vier bis zwölf Jahre. Der SFB „Konsistenz in der sichtenbasierten Entwicklung Cyber-Physikalischer Systeme” ist der sechste am KIT. Beteiligt sind außerdem die TU München, TU Dresden, Universität Mannheim.
SFB verlängert: Erfolgreiche Forschung zur Mathematik von Wellen
Wellen sind in der Natur allgegenwärtig, beispielsweise in Form elektromagnetischer Wellen, die für die moderne Kommunikation essenziell sind, oder in Form akustischer Wellen, die für seismische Messungen der Bodenbeschaffenheit genutzt werden. Im SFB „Wellenphänomene: Analysis und Numerik“ des KIT arbeiten Mathematikerinnen und Mathematiker gemeinsam mit Physikerinnen und Physikern sowie Elektroingenieurinnen und -ingenieuren daran, die Ausbreitung von Wellen zu untersuchen und zu steuern. Dabei wird die mathematische Grundlagenforschung ergänzt durch anwendungsbezogene Untersuchungen in den Forschungsfeldern Optik und Photonik, Biomedizintechnik und Geophysik. Die DFG fördert nun den bestehenden SFB zum dritten Mal für weitere vier Jahre mit 11,5 Millionen Euro.
Der SFB „Wellenphänomene“ ist einbezogen in die Arbeit des KIT-Zentrums MathSEE (Mathematics in Sciences, Engineering, and Economics), das theoretisch-mathematische und anwendungsorientierte Forschung zusammenführt.
Graduiertenkolleg verlängert
Außerdem hat die DFG vor Kurzem die Verlängerung des Graduiertenkollegs „Maßgeschneiderte Multiskalenmethoden für Computersimulationen von nanoskaligen Materialien“ am KIT beschlossen. In Graduiertenkollegs können Promovierende in einem strukturierten Forschungs- und Qualifizierungsprogramm auf besonders hohem Niveau promovieren.
Weitere Informationen:
https://www.dfg.de/service/presse/pressemitteilungen/2023/pressemitteilung_nr_14/index.html
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/389000774
https://www.waves.kit.edu/deutsch/index.php
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 10 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 800 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.