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Doktorandenkolleg "GESy" forscht zu Bahn-Steuerungssystemen
Strategische Kooperation zwischen Universität Bremen und Siemens
Wer regelmäßig mit der Bahn durch Deutschland fährt, wünscht sich mehr Zugverbindungen, bessere Anschlüsse oder zumindest mehr Pünktlichkeit. Doch das muss sicherheitstechnisch und logistisch erst einmal bewältigt werden: Bei steigender Systemkomplexität - verursacht durch dichtere Zugfolgen auf der Strecke und flexibleren Planungsmöglichkeiten für Routen und Fahrzeiten von Gütertransporten - soll der bestehende Sicherheitsstandard mindestens erhalten bleiben. Die Kosten für Entwicklung, Test und Verifikation sollten dabei möglichst noch sinken!
Zu diesem Problemfeld haben jetzt die Universität Bremen und Siemens Transportation Systems in Braunschweig einen Kooperationsvertrag über gemeinsame Forschungen auf dem Gebiet der sicheren Bahnsteuerungen abgeschlossen. Das Ziel: Bremer Informatiker arbeiten zusammen mit Spezialisten von Siemens an den Entwicklungs- und Prüfmethoden für die Bahn-Steuerungscomputer von morgen. Siemens fördert dieses Vorhaben mit Promotionsstipendien im Umfang von rund 360.000 Euro, die der Forschungsgruppe GESy (Doktorandenkolleg Eingebettete Systeme) zur Verfügung stehen. Gegründet wurde GESy von den beiden Bremer Professoren Rolf Drechsler und Jan Peleska aus dem Studiengang Informatik der Universität Bremen.
Dass solche hochgesteckten Ziele tatsächlich zu verwirklichen sind, ermöglichen Innovationen aus der Informationstechnik, die zur Zeit gerade von mehreren kooperierenden und natürlich auch konkurrierenden Forschungsgruppen weltweit für den industriellen Einsatz vorbereitet werden - kurz gesagt, eine Menge Theorie ist "plötzlich" reif geworden für die Praxis. Die Forschungsdetails lassen sich dabei in zwei Hauptgebiete unterteilen: Das erste fällt unter das Schlagwort "modellbasierte Entwicklung".
Hier geht es darum, Softwarecode nicht mehr durch herkömmliches Programmieren in einer Programmiersprache wie C++ oder Java zu entwickeln, sondern automatisch aus abstrakteren Spezifikationen zu erzeugen. Eine Spezifikation kann beispielsweise durch einen Gleisplan, die darauf vorgesehenen Fahrtstrecken, sowie die verfügbaren Signale, Weichen und Sensoren bestehen. Das Generatorprogramm erzeugt dann hieraus automatisch die Software, welche die Züge sicher und effizient durch dieses Gleisnetz steuert. Die Zeit für das manuelle Umsetzen der Spezifikation in den Programmcode entfällt. Gleichzeitig garantiert die automatische Generierung, dass der erzeugte Code gleich bleibende Qualität besitzt und bestimmte "Fallen", in die unerfahrene Programmierer tappen könnten, von vornherein ausgeschlossen sind.
Das zweite Gebiet ist auf die Prüfung von Systementwürfen, Softwarecode und eingebetteten Computersteuerungen fokussiert: Entwürfe, Software und die daraus entstehenden Computersysteme, welche früher Schritt für Schritt "in Handarbeit" analysiert und getestet werden mussten, können heute weitgehend automatisiert überprüft werden: Ein Computerprogramm wertet die an Software oder System gestellten Anforderungen aus und generiert daraus automatisch Prüfschritte, denen der Testling unterzogen wird. Dabei geht es nicht nur um die Einsparung von Arbeitszeit, sondern vor allem auch um die Qualitätssteigerung: Während früher ein Testspezialist am Tag vielleicht einige tausend Testschritte durchführen und die zugehörigen Reaktionen des Testlings überprüfen konnte, können mit den neuen Methoden der Bremer Wissenschaftler Millionen solcher Schritte automatisiert ablaufen. Die Prüfung der Systemreaktionen in Bezug auf ihre Korrektheit übernimmt das Testsystem gleich mit. Bei der Verifikation von Entwürfen (z.B. Schaltkreisen) und Softwarecode geht das so weit, dass die automatisierten Prüfschritte einem vollständigen mathematischen Korrektheitsbeweis gleichkommen.
Die ersten Doktoranden forschen bereits an ihren Themen; bis Mitte nächsten Jahres soll das Kolleg auf etwa zehn Stipendiaten anwachsen, die zu etwa gleichen Teilen auf den Gebieten Sichere Steuerungen in Bahn und Luftfahrt, sowie dem Entwurf und der Verifikation von Schaltkreisen für elektronische Steuerungen forschen. Auch bei Siemens in Braunschweig ist ein solches Kolleg gegründet worden, so dass bereits ein intensiver Austausch zwischen den Wissenschaftlern in Bremen und Braunschweig begonnen hat.
Informationen zum Doktorandenkolleg GESy: www.informatik.uni-bremen.de/gesy/ger/index.php
