Leitung: Prof. Dr.-Ing. Görschwin Fey
Laufzeit: seit 2024
Heute wird fast jedes technische System digital gesteuert. Solche digital gesteuerten Systeme verfügen über zahlreiche funktional unterschiedlich interagierende Subsysteme, Systemebenen und Verbindungen zu anderen Systemen. Viele Probleme, die während ihres Designs und Betriebs auftreten, sind auf eingeschränktes Verständnis und daraus resultierende Unstimmigkeiten an ihren Schnittstellen zurückzuführen. Um solche Irrtümer zu vermeiden, sind gegenseitige Erklärungen für verständliches Verhalten gegenüber anderen Systemen, Designern, Entwicklern und Betreibern erforderlich. Von Entwerfenden kann nicht erwartet werden, dass sie alle Komponenten eines Cyber-Physical Systems (CPS) und der Umgebung vollständig verstehen. Dennoch benötigen beispielsweise Softwareentwicklerinnen nachvollziehbare Erklärungen zu Erwartungen und Garantien eines physischen Prozesses, der direkt oder indirekt mit dem Programm interagiert. In einer idealen modellbasierten Designwelt wäre dies alles, in geeigneten Designspezifikationen verfügbar. Realistisch gesehen sind diese jedoch punktuell und auf Präzision ausgerichtet und erfordern als Ergänzung verständliche Erklärungen. Das Graduiertenkolleg CAUSE geht diese Probleme an, indem es digital gesteuerte Systeme für Entwicklung, Nutzung und andere Systeme selbsterklärend gestaltet. Während der Begriff „Erklärung“ in Bezug auf Verstehen, Denken und Arguemntieren in vielen Disziplinen intensiv diskutiert wurden, stellen wir eine Definition für unsere Sicht bereit, die zu unseren Formalismen passt: Eine Erklärung ist eine Information, die von einem (selbsterklärenden) System einem Adresssystem rechtzeitig bereitgestellt wird; die Erklärung ermöglicht es dem Adresssystem, Konsequenzen aus Entscheidungen oder Wissensinkonsistenzen aufzudecken, die andernfalls unzugänglich bleiben; anhand der Erklärung kann das Adresssystem diese Schlussfolgerungen ziehen, ohne alle Einzelheiten der Interaktion zu kennen. CAUSE konzentriert sich auf die technischen, logischen und algorithmischen Grundlagen von Selbsterklärungsfähigkeiten und deren Integration in die System-Engineering-Methodik auf allen Abstraktionsebenen, die für den Entwurf digitaler Systeme relevant sind. Mit der Verfügbarkeit eines umfassenden Demonstrators zur Erporbung von Theorien und Methoden ist CAUSE einzigartig. CAUSE umfasst drei Institutionen, die ein Konsortium bilden, das sich mit Hardware, Software und Systemen sowie theoretischen Grundlagen, Entwicklungsmethoden und praktischen Anwendungen auskennt. In CAUSE durchdringen Doktorandinnen und Doktoranden die Forschung zu neuartigen Systemdesignkonzepten, die eine Selbsterklärung ermöglichen. Sie werden wissenschaftlich Unabhängig und erwerben zeitgemäße Fähigkeiten zur verteilten Teamarbeit, zur Arbeit in unterschiedlichen Kooperationskontexten, zur Anpassung an unterschiedliche Wissenshintergründe und zur intensiven technischen Kommunikation. (GEPRIS)
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Grabe
Laufzeit: seit 2019
Das Ende 2018 bewilligte TUHH-Graduiertenkolleg PintPFS zeichnet sich durch seinen interdisziplinären Ansatz aus: Bau- und Maschinenbauingenieure, Verfahrenstechniker und Materialwissenschaftler arbeiten gemeinsam an Fragestellungen, kombinieren und entwickeln experimentelle und numerische Untersuchungsmethoden und erhalten so Einblicke in das Materialverhalten von Partikel-Fluid-Systemen auf verschiedenen Größenskalen. Die Interdisziplinarität des Graduiertenkollegs ist eine neue Herangehensweise in Forschung und Lehre. Sie ermöglicht jungen Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern einen intensiven fachlichen Austausch und Wissensgewinn. Mithilfe des interdisziplinären Ansatzes soll eine neue Generation von Wissenschaftlerinnnen und Wissenschaftlern ausgebildet werden sowie Innovationen im Hinblick auf natürliche und technische Partikel-Fluid-Systeme entstehen.
Das Graduiertenkolleg beschäftigt sich mit Prozessen in natürlichen und technischen Partikel-Fluid-Systemen und bezieht dafür sowohl natürliche Bodenbestandteile wie Ton oder Sand als auch technische Partikel wie Kunststoffgranulat oder Zement mit ein. Bestimmte Eigenschaften der Partikel können durch physikalische, chemische und biologische Prozesse erzeugt werden. Dieses Verfahren will das Kolleg optimieren und dazu die technischen mit den natürlichen Materialien vergleichen. Kooperationspartner sind das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY) sowie das Helmholtz-Zentrum Geesthacht.
Sprecher für die TUHH: Prof. Carsten Gertz
Laufzeit: seit 2022
Das Graduiertenkolleg wurde von der HafenCity Universität Hamburg (HCU) in Kooperation mit der Technischen Universität Hamburg (TUHH) und der Universität Hamburg (UHH) beantragt und "befasst sich mit den Handlungsspielräumen professioneller Praxis bei der Gestaltung der gebauten Umwelt angesichts aktuell drängender Herausforderungen. Das Vorhaben bringt Forschende aus den Sozialwissenschaften und aus bau- und planungsbezogenen Wissenschaften zusammen und zielt auf die interdisziplinäre Wissensproduktion für die Zukunft von Städten. Solche „urban future-makers“ sind in Behörden, in privaten Unternehmen, aber auch im Non-Profit-Bereich und in zivilgesellschaftlichen Initiativen zu finden. Ihr Handeln ist geprägt von zeitlichen und räumlichen Spannungsfeldern."
Sprecher für die TUHH: Prof. Dr.-Ing. Thomas Rung
Laufzeit: seit 2020
Im Zentrum des universitätsübergreifenden Graduiertenkollegs (GrK 2583; Sprecherschaft bei der Universität Hamburg) „Modellierung, Simulation und Optimierung mit fluiddynamischen Anwendungen“ steht die Verbindung von simulationsbasierten Ansätzen aus der Mathematik mit Anwendungen aus Ingenieurwissenschaften, Medizin und Klimaforschung. Unter dem Leitmotiv Mathematik treibt Anwendungen – Anwendungen inspirieren Mathematik soll das interdisziplinäre Kolleg einen wechselseitigen Nutzen mit sich bringen: Die konkreten Anwendungen werden mithilfe mathematischer Ansätze vorangetrieben, während diese durch die bei der Anwendung gewonnenen Einsichten weiterentwickelt werden. Für die TU Hamburg bedeutet dies, dass das zentrale Forschungsthema der Modellierung, Simulation und Optimierung in Ingenieursanwendungen bzw. der Digitalisierung von Entwurfs- und Fertigungsprozessen weiter gestärkt wird.
Das GrK wurde gemeinsam von der Universität Hamburg und der Technischen Universität beantragt. Beteiligt sind außerdem das Universitätskrankenhaus Eppendorf und das Max-PIanck-Institut für Meteorologie. Sprecher sind Prof. Dr. Armin Iske (Universität Hamburg) und Prof. Dr.-Ing. Thomas Rung (TUHH, Institut für Fluiddynamik und Schiffstheorie).
Im GrK werden junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in den mathematischen Disziplinen Modellierung, Simulation und Optimierung (MSO) ganzheitlich und anwendungsorientiert ausgebildet. Die simulationsbasierten Forschungsaktivitäten konzentrieren sich auf die mathematische Modellierung und Datenanalyse, adaptive und effiziente Berechnungsmodelle sowie rechnergestützte Formoptimierung. Die Aktivitäten sind eng mit fluiddynamischen Fragestellungen verknüpft, die durch Hamburg-spezifische Anwendungen aus den Bereichen Flugzeug- bzw. Schiffbau Klimaforschung und Medizin inspiriert sind.
Die Ausbildung und Forschung im GrK 2583 folgt dem Leitmotiv durch einen inhärent fachübergreifenden Zugang. Dies geht Hand in Hand mit einem gegenseitigen Austausch von Lehr- und Forschungsparadigmen zwischen den beteiligten Disziplinen. Dadurch hebt das Kolleg die Ausbildung und Forschung im Bereich MSO-Mathematik und simulationsbasierten strömungstechnischen Wissenschaften auf eine neue Stufe und trägt zur interdisziplinären Spitzenforschung an der Schnittstelle von moderner Mathematik und technischen Anwendungen bei.