Ab Oktober 2013 fördert die DFG das Graduiertenkolleg „Diskrete Optimierung technischer Systeme unter Unsicherheit“, in dem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Informatik, Mathematik, Statistik, Ingenieurwissenschaften und Psychologie neue Verfahren zur Optimierung technischer Systeme, unter realitätsnahen Bedingungen, die durch Unsicherheiten über das System und dessen Umgebung gekennzeichnet sind, erforschen wollen. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Entwicklung und Umsetzung neuer Algorithmen unter Einbeziehung des Menschen als Bediener und Entscheidungsinstanz.
Das Graduiertenkolleg ergänzt und vertieft den interdisziplinären Schwerpunkt „diskrete Optimierung“ an der TU Dortmund. Aus der Fakultät für Informatik sind Frau Prof. Dr. Petra Mutzel und Prof. Dr. Peter Buchholz (als Sprecher) an dem neuen Graduiertenkolleg beteiligt.
Bei der Entwicklung und dem Betrieb technischer Systeme - wie etwa Fertigungssysteme, Logistik-Netze oder großer IT-Systeme - müssen zahlreiche Konfigurations- und Entwurfsentscheidungen getroffen werden, damit die geforderten Leistungen möglichst ressourcenschonend und kostengünstig erbracht werden. Diese Entscheidungen basieren auf der Lösung von Optimierungsproblemen, wobei deren Parameter in vielen Fällen durch das Vorhandensein von Alternativen diskret oder gemischt diskret-kontinuierlich sind.
Optimierungsprobleme dieser Art sind schwer lösbar, da im Zuge der „kombinatorischen Explosion“ die Zahl alternativer Lösungen mit der Zahl der Entscheidungen zwischen diskreten Alternativen exponentiell wächst. Viele praktische Problemstellungen werden bisher stark vereinfacht, um sie einer algorithmischen Lösung zugänglich zu machen. Reale Entscheidungen müssen darüber hinaus in der Regel auf der Basis unvollständigen Wissens getroffen werden. Die dadurch bedingte Unsicherheit wird in den heute üblichen Optimierungsansätzen meistens nicht berücksichtigt, obwohl sie im Einzelfall zu deutlichen Abweichungen zwischen der ermittelten Lösung und dem realen Optimum führen kann. Im Extremfall ist die berechnete Lösung in der Realität nicht zulässig.
Ein weiterer bisher wenig beachteter Aspekt bei der Optimierung technischer Systeme ist die Rolle des Menschen in Entscheidungsprozessen. So können mathematische Modelle und Algorithmen zwar optimale Werte für die Variablen ermitteln, jedoch muss die Lösung fast immer von menschlichen Entscheidern akzeptiert und in konkrete Pläne oder Anweisungen umgesetzt werden. Damit sich Optimierungsverfahren in der Praxis breiter einsetzen lassen, muss der Mensch als Teil des Entscheidungsprozesses berücksichtigt werden. Der Optimierungsprozess und die Ergebnisdarstellung müssen an die Bedürfnisse des Nutzers angepasst werden.
Das Graduiertenkolleg widmet sich mit der Thematik der diskreten Optimierung unter Unsicherheit und bezieht in den zu untersuchenden Optimierungsmethoden zugleich den Menschen in den Optimierungsprozess ein. Konkrete Anwendungsszenarien werden aus den Bereichen Logistik, Produktion und IT-Systeme gewählt. Die Thematik des Graduiertenkollegs ist stark interdisziplinär ausgerichtet und kombiniert Fragestellungen aus der Optimierung, der Algorithmik, der Statistik, den Anwendungswissenschaften und der Psychologie.
Die folgenden Fakultäten und Institute sind am Graduiertenkolleg beteiligt:
• Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen • Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik • Fakultät für Informatik• Fakultät Maschinenbau • Fakultät Mathematik• Fakultät Statistik (alle TU Dortmund) • Fakultät für Mathematik (Universität Duisburg-Essen) • Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund