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Forschung

Die Optimierung technischer Systeme ist das zentrale Thema des Graduiertenkollegs.  Reale  Optimierungsprobleme  in  diesem  Kontext  zeichnen  sich  oft dadurch  aus,  dass  mögliche  Werte  der  Entscheidungsvariablen  aus  einer  diskreten Menge  gewählt  werden,  eine  gewisse  Unsicherheit  bezüglich  verschiedener  interner und  externer  Faktoren  herrscht  und  die  durch  Algorithmen  ermittelten  Lösungen  von menschlichen  Bedienern  umgesetzt  und  auch  verantwortet  werden  müssen.  Daraus ergeben sich Anforderungen an praktisch nutzbare Lösungen, die über die algorithmische Lösung von Optimierungsproblemen mit deterministischer Zielfunktion hinausgehen und die inhärente Unsicherheit ebenso wie den Menschen als Teil des Entscheidungsprozesses  berücksichtigen. 

Das  Graduiertenkolleg  vereint  Methodenwissenschaften  mit  Anwendungswissenschaften  und  der  Kognitionspsychologie,  um  so  zu praktisch  nutzbaren  Lösungen  auf  Basis  einer  fundierten  Theorie  zu  gelangen.  Die Thematik ist stark interdisziplinär geprägt und umfasst drei konkrete Anwendungsgebiete aus den Ingenieurwissenschaften. Die Methodik der diskreten Optimierung unter Unsicherheit  -  einschließlich  der  Umsetzung  von  Optimierungsmethoden  in  Algorithmen  -    ist  der  zentrale  Aspekt  des  Graduiertenkollegs,  der  durch  die  Interaktion  mit dem menschlichen Bediener eines technischen Systems ergänzt wird. Diskrete Optimierung unter Unsicherheit ist ein aktuelles Forschungsthema mit einem immensen Anwendungspotenzial. Die dabei auftretenden methodischen und algorithmischen  Probleme  sind  sehr  anspruchsvoll;  ihre  Lösung  ist  von  großem  wissenschaftlichem  Interesse  und  bietet  eine  langfristige  Perspektive.  International  arbeiten zwar  viele  Gruppen  an  einzelnen  Aspekten  der  Thematik  -  die  im  Graduiertenkolleg gewählte Querschnittsthematik stellt aber ein Alleinstellungsmerkmal dar. 

Das Forschungsprogramm trägt der Interdisziplinarität dadurch Rechnung, dass viele Promotionsthemen auf der Schnittstelle zwischen verschiedenen Disziplinen liegen und von  Wissenschaftlerinnen  und  Wissenschaftlern  aus  unterschiedlichen  Gebieten  gemeinsam formuliert wurden. Diskrete Optimierung unter Unsicherheit wird in mehreren Varianten behandelt. Insbesondere werden die  vorhandenen Methoden, Unsicherheit in diskrete Optimierungsmodelle einzubeziehen, in großer Breite untersucht. Die Promotionsprojekte  aus  den  drei  Anwendungsbereichen  nutzen  die  im  Methodenbereich entwickelten Algorithmen, erweitern diese anwendungsspezifisch und definieren damit auch neue Zielsetzungen für die Methodenentwicklung.  Einerseits ergänzen  Arbeiten aus dem Bereich der Benutzerinteraktion die Optimierungsalgorithmen, indem menschliche  Entscheidungen  in  den  Optimierungsprozess  einbezogen  werden,  um  so  nicht oder unzureichend formalisierbares Wissen und menschliches Expertenwissen zu nutzen.  Anderseits  werden  in  diesem  Bereich  eher  klassische  Themen  der  Mensch-Maschine-Interaktion  behandelt  -  nämlich  die  Darstellung  von  Unsicherheit  und  die Entwicklung  von  problemangepassten  Benutzerschnittstellen.  Die  verschiedenen  Ansätze  werden  durch  die  Integration  von  Algorithmen,  Anwendungen  und  Benutzerschnittstellen in eine Forschungsumgebung praktisch nutzbar. Mithilfe der Forschungsumgebung  können  Experimente  zum  Vergleich  und  zur  Bewertung  von  Algorithmen durchgeführt werden, es können Anwendungsprobleme mit neuen Algorithmen analysiert werden und es besteht schließlich die Möglichkeit, mithilfe von Probandinnen und Probanden Benutzerschnittstellen empirisch zu bewerten. 

Die fachliche Breite des Forschungsprogramms kann in den Dissertationsprojekten nur erfolgreich  umgesetzt  werden,  wenn  die  Doktorandinnen  und  Doktoranden  über  die Grenzen der eigenen Fachdisziplin hinaus eng zusammenarbeiten. Die Voraussetzung für  eine  solche  Zusammenarbeit  ist  ein  gemeinsames  Problemverständnis  und  eine gemeinsame Terminologie, die durch das Qualifizierungskonzept des Graduiertenkollegs vermittelt werden muss. Das Qualifizierungsprogramm umfasst Elemente  die sicherstellen, dass alle Doktorandinnen und Doktoranden ein Basiswissen über die Gesamtthematik haben. Zudem wird es individuelle Teile geben, die optimal auf das eigene  Arbeitsgebiet  und  dessen  näheres  Umfeld  vorbereiten.  So  erhalten  zum  Beispiel Doktorandinnen und Doktoranden, die an konkreten methodischen Problemen der Optimierung unter Unsicherheit arbeiten, einen tieferen Einblick in mindestens ein konkretes Anwendungsgebiet und setzen sich mit der Einbindung der von ihnen entwickelten Methoden in eine Forschungsumgebung auseinander. Die fachlichen Veranstaltungen werden  durch  Veranstaltungen  zu  überfachlichen  Schlüsselqualifikationen  ergänzt. Doktorandinnen und Doktoranden werden durch ein internationales Gastwissenschaftlerprogramm,  durch  einen  Auslandsaufenthalt  und  eine  breite  Unterstützung  bei  der Erstellung  von  Beiträgen  für  internationale  Tagungen  frühzeitig  an  die  internationale Forschung herangeführt. Das Betreuungskonzept mit zwei Betreuern aus unterschiedlichen Gebieten ergänzt das Studienprogramm in der Vermittlung überfachlicher Breite. 


 

 

 


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