www.kit.eduKIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

INSTITUT FÜR ANGEWANDTE INFORMATIK UND FORMALE BESCHREIBUNGSVERFAHREN

AIFB Themenheft 2018

Einladung

34. AIK-Symposium„Gute Algorithmen”

Karlsruhe, 16. Februar 2018

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ngwww.aik-ev.de

Programm

Einladung 34. AIK-Symposium „Gute Algorithmen”16. Februar 2018ab14:00 Uhr am KIT

Karlsruher Institut für Technologie,Tulla-Hörsaal,Englerstraße 11, Geb. 11.40, 76131 Karlsruhe

14:00 – 14:15

14:15 – 14:30

14:30 – 15:00

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16:45 – 17:15

17:15 – 17:45

ab 18:30

Ein guter Algorithmus liefert das, waser verspricht, schnell und zuverlässig.Er nutzt die Möglichkeiten des Rech-ners intelligent für Geschwindigkeit,arbeitet robust und sorgt auf dieseWeise für vertrauenswürdige Anwen-dungssysteme. Beim 34. AIK-Sympo -sium „Gute Algorithmen“ werdenKonzepte, Methoden und Lösungsan-sätze der Informatikforschung undder Anwendungsentwicklung vorge-stellt, die betriebliche, wirtschaftliche,informationstechnische und anwen-dungsspezifische Aspekte in leistungs-fähigen Algorithmen und System -konzepten verbinden.

Eröffnung und BegrüßungUte Rusnak, FIZ Karlsruhe, Vorstand Verein AIK e.V.Prof. Dr. York Sure-Vetter, Institut AIFB, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

GrußworteProf. Dr.-Ing. Holger Hanselka, Präsident, KITProf. Dr. Frank Schultmann, Dekan der KIT-Fakultät für Wirtschaftswissenschaften, KIT

Ansätze für den Entwurf guter AlgorithmenAbschiedsvorlesung Prof. Dr. Hartmut Schmeck, Institut AIFB, KIT

On-the-Fly Optimization and Decision Making in Intelligent SystemsProf. Dr.-Ing. Sanaz Mostaghim, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Kaffeepause

Sie haben Ihr Ziel erreicht. Innovative Ansätze in der Fahrzeug-NavigationDr. Holger Prothmann, HARMAN Connected Car

BMW Energy Services: Digitale Geschäftsmodelle der BMW Group am Beispiel der Speicherfarm im Werk LeipzigDominik Becks, BMW Group

Abschließende Worte

Sektempfang und gemeinsames Abendessenim ACHAT Plaza Karlsruhe, Mendelssohnplatz

AnmeldungDie Teilnahme am 34. AIK-Symposium ist kostenfrei, eine Anmeldung jedoch ausorganisatorischen Gründen erforderlich.Wir empfehlen wegen des Platzkontingentseine möglichst frühzeitige Anmeldung.Die Anmeldung wird spätestens am09.02.2018 geschlossen.

Link zur Anmeldung und weiterenorganisatorischen Informationen:www.aik-ev.de

Übernachtungsmöglichkeiten bestehenim ACHAT Plaza Karlsruhe, Mendelssohnplatz, 76131 Karlsruhe, Telefon +49 721 3717-0 E-Mail: karlsruhe-plaza@achat-hotels.com(Sonderrate unter Stichwort „AIK-Symposium“)

Andreas Oberweis

Harald Sack

Hartmut Schmeck

York Sure-Vetter

J. Marius Zöllner

Sehr geehrte Damen und Herren, liebe Freunde und Förderer des Instituts AIFB,

gute Algorithmen werden für alle modernen technischen Systeme und Produkte gebraucht. Je besser die Handlungsanweisungen an die Systemkom-ponenten, desto ökonomischer und zuverlässiger die Ausführung. HartmutSchmeck hat fast sein ganzes Berufsleben als Forscher und Universitätsprofessordamit zugebracht, Algorithmen zu gestalten. Mit seiner Forschungsgruppe„Effiziente Algorithmen“ erforscht, entwickelt und optimiert er Informatik-Konzepte und -Methoden, die Handlungsanweisungen generieren, durch die Anwendungssysteme ihre Aufgaben unter bestmöglicher Ausnutzung derverfügbaren Rechenressourcen in möglichst wenigen Berechnungsschrittenzuverlässig und kostengünstig abarbeiten und dabei flexibel die jeweils aktuel-len Bedingungen der Einsatzumgebung berücksichtigen. Das ist so komplexwie es klingt: Nicht mehr einzelne Algorithmen werden entworfen, sondernKonzepte, die das Gesamtsystem umfassen.

Gute Algorithmen und Systemkonzepte sind das Thema des 34. AIK-Symposiums,zu dem wir Sie ganz herzlich einladen. Hartmut Schmeck verabschiedet sichmit diesem Symposium nach 27 Jahren aus seiner Lehrverpflichtung am KIT.

Energieversorgung, Automobilbau, Verkehrsinfrastruktur, Industrie 4.0 undSocial Media zeigen als prominente Anwendungsbeispiele, wie die Herausforde-rungen mit der Vernetzung zunehmen. Daten- und Systemsicherheit gehörtals Querschnittsthema zu allen Anwendungsbereichen. Neue Architekturenund Verfahren der Informatik, wie sie am Institut AIFB gelehrt und erforschtund am FZI Forschungszentrum Informatik am KIT in Anwendungen transfe-riert werden, gelten als vielversprechende Lösungsansätze. Insbesondere selbst-organisierende, adaptive Verfahren (Organic Computing) und Optimierungs -algorithmen in Kombination mit Business-Intelligence-Methoden werden alsgeeignete Konzepte gehandelt.

Unsere Forschungsgruppen arbeiten an allen genannten Themen. Sie könnendabei auf eine erstklassige Infrastruktur zugreifen. Karlsruhe bietet mit dem „Energy Smart Home Lab“ und dem „Energy Lab 2.0“, welches derzeit amInstitut für Angewandte Informatik (IAI) entsteht, sowie dem „FZI House ofLiving Labs“, das als ganzes Haus in sich ein Gebäude-Energiemanagement-Laborist, eine einzigartige Forschungs- und Testumgebung für das Energiemana -gement der Zukunft. Mit dem „Testfeld Autonomes Fahren Baden-Württem-berg“, welches Marius Zöllner mit seiner Forschungsgruppe Angewandtetechnisch-kognitive Systeme in leitender Position mit aufbaut, und den Test-ständen im „FZI House of Living Labs“ gibt es für die Lösungsentwicklung für den Automobilbau und die Verkehrsinfrastruktur eine ebenso außergewöhn-liche Forschungsumgebung. Für die Forschung zu Sicherheitsfragen ist am KIT mit dem Kompetenzzentrum für angewandte Sicherheitstechnologie(KASTEL) ein vernetzter Forschungsverbund eingerichtet.

Studierende und wissenschaftliche Mitarbeiter nutzen diese hervorragendenMöglichkeiten intensiv. Im Berichtszeitraum wurden 12 Dissertationen vorgelegt.Weitere Highlights im Institutsleben waren eine Auszeichnung der „ACM Special Interest Group on Hypertext and the Web“, drei Auszeichnungen fürLehrveranstaltungen und eine Buchpublikation aus der Gruppe von AndreasOberweis. Ebenso die Konferenz Wissensmanagement WM 2017, für die Community organisiert von der Forschungsgruppe Web Science um York Sure-Vetter. Die Organisation der nächsten Konferenz, der „e-Energy 2018“ derACM im Juni in Karlsruhe, läuft auf Hochtouren. Mehr dazu auf Seite 10/11.

Wir danken Ihnen für Ihr Interesse an unserer Lehre und Forschung und freuen uns darauf, Sie beim 34. AIK-Symposium zu treffen.

Gute Konzepte + gute Algorithmen = gute Prozessea k34. AIK-Sym

posium

Gute Algorithm

enOb Lehre oder Forschung zu Energiemanagement, digitaler Kommunikation,Verkehrslenkung, industriellen Abläufen, Systemsicherheit oder besserenLehrangeboten: Die Arbeit der Forschungsgruppe Effiziente Algorithmen folgtimmer dem Bestreben, durch intelligente Methoden und Konzepte der Infor-mationsverarbeitung computergestützte Prozesse optimal zu gestalten.

Dr.-Ing. Ingo MauserDr.-Ing. Fabian RigollDr.-Ing. Lukas KönigDr.-Ing. Friederike Pfeiffer-BohnenDr.-Ing. Fredy RiosPD Dr. rer. nat. Pradyumn Shukla

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Forschungsgruppe „Effiziente Algorithmen“ am InstitutAIFB und am FZI untersuchen, entwerfen, entwickelnund verbessern Konzepte, Architekturen, Modelle und Algorithmen für die Informationsverarbeitung intechnischen Systemen und Produkten. GefundeneLösungsansätze werden implementiert und praktischevaluiert. Ziel der Forschung und Entwicklung sindschnell und ökonomisch arbeitende, robuste, vertrauens-würdige Systeme. Zusätzlich sollen sie auch lernen, sich anhand vorgegebener Kriterien selbst zu konfigurie-ren, zu organisieren, zu optimieren und bei Bedarfselbst zu heilen.

Untersucht und angewandt werden dafür Informatik-Methoden wie naturinspirierte Optimierungsverfahren,multikriterielle Optimierung und Organic Computing als Methodik für eine gesteuerte Selbstorganisationkomplexer Systeme bei sich verändernden Betriebsbedin-gungen. Die Möglichkeiten von Data Science und Forschung für Sicherheit kommen als Querschnittsthemenhinzu. Darüber hinaus gestaltet die Forschungsgruppefortschrittliche Lehre mit neuen Medien und Technologien.

Insbesondere am FZI arbeiten die Wissenschaftler inzahlreichen gemeinsamen Projekten und direkten Koope-rationen mit Unternehmen aus der Industrie. Partner -unternehmen in Forschungsprojekten der letzten Jahreumfassen beispielsweise ABB, BMW, EGO, EnBW, MVV, Netze BW und SAP.

Energieinformatik bildet seit einigen Jahren einenSchwerpunkt.

Naturinspirierte VerfahrenNaturinspirierte Verfahren werden eingesetzt, wenn Proble-me entweder zu komplex sind, um in annehmbarer Zeit(oder unter Einhaltung sonstiger Restriktionen) exakt gelöstzu werden, oder die Problembeschreibung eine exakteLösung nicht zulässt. Evolutionäre Algorithmen, Ameisen-algorithmen oder Partikelschwarmoptimierung verwendetman typischerweise zur Berechnung von Näherungs -lösungen, wenn eine exakte Lösung nicht unbedingt erforderlich ist.

Neben komplexen Problemen gibt es auch Probleme, dieschwierig sind, weil sie auf unsicheren oder verrauschtenDaten basieren oder weil für sie keine handhabbaremathematische Formulierung existiert. Evolutionäre Robotik,maschinelles Lernen und allgemein Lernverfahren, die derkünstlichen Intelligenz zuzuordnen sind, adressieren solcheProbleme. Auch hier finden naturinspirierte Methodenhäufig Anwendung. Etabliert haben sich vor allem Metho-den, die Elemente der natürlichen Evolution oder neurona-le Netze nachbilden - oder eine Kombination aus beidem.

Naturinspirierte Verfahren werden in der Forschungsgruppesowohl für sich erforscht, etwa im Bereich der evolutionärenRobotik, des Deep Learning oder der multikriteriellen Optimierung, als auch zur Lösung zahlreicher konkreterProbleme eingesetzt.

Multikriterielle OptimierungBei Optimierungsverfahren mit mehreren Zielkriterien gibtes im Allgemeinen keine eindeutig beste Lösung, die in der Erfüllung aller Kriterien optimal ist. Die Lösung solcherProbleme ist eine Menge von sogenannten Pareto-optimalenLösungen, aus denen der Anwender gemäß seiner Präfe-renz auswählen kann.

Die Forschungsgruppe beschäftigt sich mit der Weiter -entwicklung multikriterieller evolutionärer Algorithmenund deren Anwendung in verschiedenen Bereichen.

Organic ComputingOrganic Computing ist eine Methodik zur Entwicklung,Steuerung und Kontrolle komplexer Systeme. Die Methodikwurde maßgeblich in dem von Hartmut Schmeck koordinier-ten DFG Schwerpunktprogramm 1183 „Organic Compu-ting” entwickelt. Im Vordergrund stehen die sogenanntenSelbst-X-Eigenschaften wie Selbstkonfigurierbarkeit, -organisation, -optimierung und -heilung, die dazu beitra-gen, Systeme robust und adaptiv zu machen. Ein wesentli-cher Aspekt ist die gesteuerte Selbstorganisation, welchedurch Eingriffe von außen ein kontrolliertes emergentesVerhalten ermöglicht. Die Forschungsgruppe setzt OrganicComputing u.a. in Energiesystemen, der Robotik, zur Verkehrssteuerung und zur Steuerung mobiler Arbeits -maschinen ein.

EnergieinformatikDie Aktivitäten im Bereich der Energieinformatik stehen imKontext der Energiewende, dem Umstieg auf Elektromo -bilität und des Paradigmenwechsels in der Stromversorgungvon der „verbrauchsorientierten Erzeugung“ zu einem„erzeugungsorientierten Verbrauch”. Flexibilität bei Verbrauchund dezentraler Erzeugung und Speicherung in Gebäudenwird dazu genutzt, ein besseres Gleichgewicht zwischender volatilen Erzeugung elektrischer Energie aus Photovoltaikund Windkraft und dem Verbrauch herbeizuführen. Hierfür werden im „KIT Energy Smart Home Lab” und im„FZI House of Living Labs” innovative Methoden, Algorith-men und Systeme für automatisiertes Energiemanagementpraktisch evaluiert, unter anderem das Gebäude-Energie-managementsystem „Organic Smart Home” und die Mensch-Maschine-Schnittstelle „Energy Management Panel”, welcheunter Berücksichtigung von Zielen und Vorgaben der Nutzer ein automatisiertes elektrisches und thermischesEnergiemanagement ermöglichen. Für das Energiemana-gement der Zukunft werden nicht nur bestehende Konzepteund Methoden wie naturinspirierte Optimierungsverfahrenund Selbstorganisation in den Bereich der Energieinformatikübertragen, sondern auch neue entwickelt.

Projektbeispiele: C/sells – folgt der Leitidee „Zellularität“, „Partizipation“ und „Vielseitigkeit“. Autonom handelnde Zellen sollen imVerbund interagieren, sich möglichst autonom versorgen,mit anderen Zellen kooperieren und aktiv an Märkten teil-nehmen. Bürgerinnen und Bürger sind in das Gescheheneinbezogen. grid-control – verbindet Partner aus der Wirtschaft undder Wissenschaft, um auf Basis des Netzampelkonzepts der Bundesnetzagentur im Zusammenspiel von regionalemEnergiemanagement und Gebäude-Energiemanagementnach Lösungen für Systemstabilität, Wirtschaftlichkeit undRessourceneffizienz zu suchen.SCI und ENSURE – untersuchen die für ein nachhaltigesEnergiesystem zentralen Fragestellungen Erzeugung, Wand-lung, Speicherung, Verteilung und Verbrauch unterschied -licher Energieträger. In den Helmholtz-Forschungsaktivitäten„Storage and Cross-linked Infrastructures” (SCI), im Projekt„Energiesystemintegration”, im „Data Life Cycle Lab Ener-gie” und im Kopernikus-Projekt „Neue Energienetzstruk-turen für die Energiewende” (ENSURE) werden neue Technologien entwickelt.EGO – mit der E.G.O. Elektro-Gerätebau wurden Ansätzeund Protokolle für das Gebäude-Energiemanagements ent-wickelt und evaluiert, mit deren Hilfe Elektrogeräte Signaleerhalten, wann Energie günstigerweise verbraucht, gespartoder gespeichert werden sollte.ABB – mit ABB wurde eine Optimierung für ein Energie-managementsystem entwickelt, das die netzdienlicheSteuerung von Energieerzeugern und -verbrauchern inkommerziellen Liegenschaften ermöglicht.BMW – mit der BMW AG wurde ein Energiemanagemententwickelt und prototypisch umgesetzt, welches raum -lufttechnische Anlagen durch geschickte Ausnutzung ihrer Flexiblität so steuert, dass sie Primärregelleistung zur Verfü-gung stellen können. In einem Nachfolgeprojekt wird weitere Flexibilität nutzbar gemacht, um u.a. auch Sekundär-regelleistung am Markt anbieten zu können.

Ansätze für den Entwurf guter AlgorithmenHartmut Schmeck

Vor ziemlich genau 25 Jahren war dies der Titel meinerAntrittsvorlesung. Im Rückblick zeigt sich, dass dies derwesentliche Treiber für Forschung, Lehre und Innovationwar. In unterschiedlichsten Szenarien ging es darum, Infor-mationsverarbeitung so zu gestalten, dass funktionaleAnforderungen sachgerecht erfüllt und Ressourcen best-möglich ausgenutzt werden. Anlässlich des Abschieds ausder Universität beleuchte ich wesentliche Leitlinien undeinige Einsichten, die mein akademisches Leben nachhaltigbeeinflusst haben und auch für die aktuelle digitale Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft relevantsein können.

On-the-Fly Optimization and Decision Making in Intelligent SystemsSanaz Mostaghim

Intelligente technische Systeme sind heutzutage allgegen-wärtig. Ihr Einfluss auf unser Leben wächst täglich. Metho-den der Computational Intelligence, einem Gebiet derKünstlichen Intelligenz (KI), das auf Fuzzy Logic, neuronalenNetzen und Evolutionären Algorithmen basiert, haben inden letzten Jahren wesentlich zum Durchbruch bei der Entwicklung solcher Systeme beigetragen. Eine der größtenHerausforderungen der Forschung und Entwicklung in diesem Gebiet sind die Echtzeitreaktionen intelligenter Systeme auf unbekannte Dynamiken in ihrer Umgebung.Der Vortrag beschäftigt sich mit mehrkriteriellen Entschei-dungsalgorithmen und gibt einen Überblick über dasDesign und die Herausforderungen in Echtzeitanwendungen,beispielsweise in der Robotik oder in Computerspielen. In den meisten dieser Anwendungen müssen die Entscheider(Roboter oder Agenten) in einer sehr begrenzten Zeitspanneeine möglichst optimale Lösung finden und auswählen.Diese Aufgabe ist umso schwieriger, wenn die Umgebungsich dynamisch verändert und der Entscheider Lösungenonline re-optimieren und selektieren muss. Der Vortragstellt Anwendungen aus der Schwarmrobotik am Beispielfliegender Roboter vor.

Prof. Dr.-Ing. Sanaz Mostaghim lehrt an der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg Informatik und leitet das SwarmLab und das RoboCup-Team. Sie warPostdoktorandin an der ETH Zürich und Dozentin am KIT, wo sie in angewandter Informatik habilitierte.Ihren Doktorgrad in Elektrotechnik erwarb sie an der Universität Paderborn. Ihre Forschungsinteressensind Computational Intelligence, Schwarmintelligenz,evolutionäre mehrkriterielle Optimierungs- und Entscheidungsalgorithmen sowie deren Anwendung.

Die Fachvorträge Data Science

Die Forschungsgruppe engagiert sich im Bereich Data Scienceu.a. durch Mitarbeit im Helmholtz-Forschungsprogramm„Supercomputing und Big Data“ (SBD) in dessen Schwer-punkt „Large Scale Data Management and Analysis“(LSDMA). Die Handhabung und Verarbeitung großer Daten-mengen im Kontext von Energiesystemen stehen dabei imMittelpunkt. Neben technischen Herausforderungen spieltdie Wahrung von Datenschutz und Privatsphäre eine zentrale Rolle.

SicherheitIntelligente kritische Infrastrukturen, Cloud Computing,Industrie 4.0 und öffentliche Sicherheit stellen großeHerausforderungen an die IT-Sicherheit. Zusätzlich zumklassischen Schutz muss mit Bedrohungen von innenumgegangen werden. Dabei genügt es nicht mehr, dieSicherheit von Teilsystemen zu betrachten. Vielmehr musseine ganzheitliche und nachvollziehbare Sicherheit in der vernetzten Welt gewährleistet werden, wobei es inter-disziplinärer Methoden bedarf.

KASTEL – bei der Mitarbeit der Forschungsgruppe im „Kompetenzzentrum für angewandte Sicherheitstechno -logie“ (KASTEL) stehen Daten- und Systemsicherheit fürStromnetze und Gebäude sowie Elektromobilität im Fokus,jeweils unter dem Aspekt der Gesamtsystemsicherheit.

Fortschrittliche LehreDie Forschungsgruppe arbeitet intensiv an der aktiven Gestal-tung der Lehre im Sinne des sog. „shift from teaching tolearning“. Den Studierenden werden in fast allen Vorlesun-gen Vorlesungsaufzeichnungen und viele weitere digitaleHilfsmittel zur Verfügung gestellt. Mehrere solcher Systemesind in den letzten Jahren in der Forschungsgruppe erdacht,entwickelt und erprobt worden. Ihre Lehrveranstaltungenerhalten regelmäßig sehr gute Evaluationsergebnisse undwurden mit dem Fakultätspreis für exzellente Lehre des KIT ausgezeichnet.

nuKIT – Kommunikationswerkzeug, das KIT-weit in vielenLehrveranstaltungen zur anonymen Interaktion eingesetztwird.Interaktiver Aufgabenpool – ermöglicht eine kontextbezo-gene Kommunikation zwischen Studierenden und Dozenten.XWizard – kann online zum Erstellen und Lösen vonÜbungsaufgaben genutzt werden.

Sie haben Ihr Ziel erreicht. Innovative Ansätze in der Fahrzeug-NavigationHolger Prothmann

Wir sind umgeben von eingebetteten miteinander vernetztenSystemen. Die omnipräsenten Smartphones, die neuenSmartwatches oder die Infotainmentsysteme in denmodernen Fahrzeugen sind nur einige Beispiele aus demAlltag. Dem Mooreschen Gesetz folgend ist jede neueGerätegeneration leistungsfähiger als ihre Vorgänger. Gleich-zeitig steigt aber auch die Menge der zu verarbeitendenDaten kontinuierlich, so dass effizienten Algorithmen in derDatenverarbeitung weiterhin eine große Bedeutungzukommt.

Die steigende Leistungsfähigkeit ermöglicht es auch, dasssich die Geräte stärker an ihre Benutzer und deren spezifi-sche Umgebung anpassen. Moderne Systeme verhaltensich im Sinne des Organic Computing bereits teilweise„organisch“: Sie bieten flexible Eingabe- und Interaktions-möglichkeiten, lernen aus dem Nutzerverhalten, berück-sichtigen wechselnde Informationen über ihre Umgebungund passen ihre eigene Reaktion kontinuierlich an.

Am Beispiel der Fahrzeugnavigation gibt der Vortrag einenÜberblick über den Stand der Technik, aktuelle Trends undzukünftige Herausforderungen für derartige adaptive Sys-teme. Neben algorithmischen Fragestellungen liegt einbesonderer Schwerpunkt des Vortrags auf den Möglichkei-ten, die Navigation von der Zieleingabe bis zur Routenfüh-rung nutzerfreundlich und situationsgerecht zu gestalten.

Dr. Holger Prothmann arbeitet in der „Connected Car“-Sparte von HARMAN, einem führenden Anbieter von Infotainmentsystemen im Fahrzeug. Als „ManagerOnboard Navigation“ koordiniert er die kundenspezi-fische Umsetzung von Navigationslösungen mit einemSchwerpunkt auf verkehrsabhängiger Routenberech-nung und -führung. Er absolvierte sein Informatik-Studium an der Universität Dortmund und promovierteanschließend am Institut AIFB zu adaptiven, lern -fähigen Lichtsignalanlagen und dezentralen Routing-verfahren.

BMW Energy Services: Digitale Geschäftsmodelle der BMW Group am Beispiel der Speicherfarm im Werk LeipzigDominik Becks

Mit der Elektrifizierung der Mobilität verbinden sich dieSektoren Energie und Mobilität. An dieser Schnittstelleentwickelt BMW Energy Services digitale Geschäftsmodel-le. Einen Schwerpunkt stellen dabei Speichergeschäfts -modelle dar.

Es werden zunehmend Speicherkapazitäten benötigt, welche die volatile Einspeisung der erneuerbaren Energienbedarfsgerecht bereitstellen und die gleichzeitig zur Stabilisierung der Netze beitragen können. Im Oktober 2017stellte die BMW Group am Werksstandort Leipzig eineSpeicherfarm aus größtenteils gebrauchten BMW i3-Batterienfertig. Die Kapazität der verbauten 700 Hochvoltspeicherentspricht ca. 15 MWh bzw. einer Leistung von etwa 10 MW. In elektrischer Reichweite ausgedrückt bedeutetdies, dass ein i3 damit mehr als 100.000 km zurücklegenkönnte.

Mit Hilfe von Windrädern auf dem Werksgelände verknüpftdie Speicherfarm auf bisher einzigartige Weise die dezen-trale Eigenerzeugung aus erneuerbaren Energien mit einemlokalen Energiespeicher sowie einem industriellen Groß -verbraucher. Die Speicherfarm ist zudem in das öffentlicheStromnetz integriert, was die Vermarktung von Primärre-gelleistung ermöglicht. Damit trägt die BMW Group zur Stabi-lität der öffentlichen Stromnetze bei und kommt so aucheinem gesamtgesellschaftlichen Auftrag nach. Die Speicher-farm im BMW Werk Leipzig ermöglicht es, neue Potenzialeim Sinne der Kosten- und Energieeffizienz sowie CO2-Reduzierung auf dem Energiesektor zu schaffen. Der Vortragbeschreibt das Projekt Speicherfarm und geht auf die wissenschaftliche Zusammenarbeit der BMW Group mitdem FZI Forschungszentrum Informatik im Bereich Energie-management ein.

Dominik Becks studierte Wirtschaftsingenieurwesen an der TU Kaiserslautern mit Diplomabschluss. 2004 startete er seine berufliche Laufbahn im Einkauf der BMW AG. 2009 wechselte er zu E.ON, wo er Con-tracting-Modelle für Industrie-Kraftwerke entwickelte,neue Marktsegmente aufbaute und die Erschließunginternationaler Märkte verantwortete. 2016 kehrte er zu BMW zurück. Hier verantwortet er im BereichEnergy Services die Umsetzung von Speichergeschäfts-modellen, wozu auch die Leitung des Innovations -projektes „BMW Speicherfarm Leipzig“ gehört.

Hartmut Schmeck hat den Beruf des Informatikers in den ersten Jahrenseiner wissenschaftlichen Entwicklung gerne als den eines modernenWerkzeugmachers charakterisiert, der die Verarbeitung von Informationenals Werkzeug bereitstellt; sehr oft Fachleuten anderer Disziplinen. Seitgeraumer Zeit trägt diese Definition nicht mehr für seine und die Arbeitvieler seiner Schülerinnen und Schüler. Informationsverarbeitung kann als zentraler Schalt- und Steuerungskern massiv vernetzter technischerSysteme nur noch geplant und gestaltet werden, wenn man das Gesamt-system betrachtet. Aus dem Werkzeugmacher Hartmut Schmeck ist einSystemkonzepter mit Expertenwissen in Energiemanagement und Elektro-mobilität geworden.

Befördert durch vielfältige, jahrelange Forschungs- und Entwicklungs -aktivitäten zur Energieversorgung der Zukunft, ausgeführt am Institut AIFB,anderen KIT-Instituten sowie dem FZI Forschungszentrum Informatik undin enger Zusammenarbeit mit Partnern aus der Wissenschaft, der Wirt-schaft und der Politik, ist eine neue Disziplin entstanden: Energieinformatik.

Am Institut für Angewandte Informatik (IAI) im Großforschungsbereichdes KIT wurde eine neue Professur „Energieinformatik“ eingerichtet.Hartmut Schmeck hat sie durch kommissarische Institutsleitung von2012 bis 2015 aufgebaut.

Die Grundlagen dafür, dass sein Leben als Forscher und Universitäts -professor diese Richtung nahm, hat er Ende 2002 selbst gelegt, als er fürvier Jahre zum Sprecher des Fachbereiches Technische Informatik derGesellschaft für Informatik (GI) e.V. gewählt wurde. Nach einem Perspek-tivseminar im Tagungszentrum Schloss Dagstuhl beschlossen einige derTeilnehmer, in Fachbereichs-Workshops Zukunftsthemen der Forschungzu identifizieren. Am Ende stand die Vision des Organic Computing; ein weiteres Feld, für das der Name Hartmut Schmeck heute ebenso stehtwie für Energieinformatik.

Gemeinsam mit Christian Müller-Schloer und Theo Ungerer beantragte er das DFG Schwerpunktprogramm „Organic Computing“, welches er von2005 bis 2011 koordinierte. Es brachte ihm, wie er sagt, „die faszinierendeErfahrung, ein Forschungsthema etablieren zu können, das dann in einerneu entstehenden Community bearbeitet wird“. Sechs Jahre konnten dieWissenschaftler Konzepte und Effekte der Selbstorganisation untersuchenund ihre Entwicklungen in einer sich selbst anpassenden und optimieren-den Ampel- und Verkehrssteuerung praktisch umsetzen. Zur gleichen Zeitlief ein weiteres, richtungsweisendes Projekt zu „Selbstorganisation und Spontaneität in liberalisierten und harmonisierten Märkten – SESAM“.Dort wurde ein dezentraler Markt für Energieprodukte entwickelt.

Diese Bausteine entpuppten sich als richtungsweisend für das, was heutefür die Organisation und den Betrieb komplexer technischer Systemegebraucht wird.

Hartmut Schmeck verabschiedet sich im März 2018 nach 27 Jahren ausseiner Lehr- und Forschungstätigkeit an unserem Institut. Er wird uns fehlen.

Alles Gute, Herr Schmeck!

Vom Werkzeugmacher zum Systemkonzepter

Kieler Sprotten wurden ursprüng-lich von Eckernförder Fischerngefangen, in Eckernförde geräu-chert, verpackt und über Kiel indie Welt verschickt. In Kiel erhiel-ten sie vor dem Versand ihrenKieler Stempel aufgedrückt.Hartmut Schmeck wurde am 23.Juli 1950 in Eckernförde geboren.

Geschmack am Lehren fand er zum ersten Mal1983 als „Visiting AssistantProfessor“ an der Queen’sUniversity in Kingston,Ontario (Kanada). SeineFrau Traute hatte er dabei.Sie hatte kurz vorher pro-moviert und konnte es einrichten, ihn zu begleiten.

Hartmut Schmeck

Er studierte Mathematik und Informatikan den Universitäten Kiel und Waterloo(Kanada). 1975 erhielt er als dritter Absol-vent der Kieler Informatik sein Diplom.Zum Dr. rer. nat. machte ihn 1981 die„Algebraische Charakterisierung von Fluss-diagrammen“, in der er die Compiler-Korrektheit für Programmiersprachen mitProzedur- bzw. Funktionsaufrufen unter-sucht hat. Doktorvater war Bodo Schlender.Wesentliche Fortschritte brachten Gesprä-che mit internationalen Experten, vor allemmit James W. Thatcher, IBM Thomas J.Watson Research Center.

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Karlsruhe ruft. Andere auch. Wolffried Stucky über-mittelt die Nachricht, dass Hartmut Schmeck aufdem ersten Platz für die Nachfolge von ThomasOttmann ist. Diesem Ruf folgt er im Februar 1991.Tags darauf kommt der nächste. Da hat ihn Karlsruheaber schon fest unter Vertrag. Am 1.4.1991 tritt er seine C4-Professur „Angewandte Informatik I“am Institut AIFB an. Seine Antrittsvorlesung:„Ansätze für den Entwurf guter Algorithmen“.

Als Autor hat Hartmut Schmeck an über 200 Publika-tionen mitgewirkt. Den ersten Volltreffer landeteer mit den Erkenntnissen aus seiner Doktorarbeit.Sie wurden in zwei A-Journals veröffentlicht,darunter ein eingeladener Beitrag für ein Sonder-heft des JCSS zu Ehren von Calvin C. Elgot, IBMThomas J. Watson Research Center.

Nach der Promotion veränderte sich das Forschungsinteresse in Richtung Algorithmen. Angeregt durch ein Gespräch mitChristoph M. Hoffmann, Purdue University, West Lafayette(Indiana), warb Hartmut Schmeck mit „VLSI-gerechte Algo-rithmen“ das erste DFG-Projekt zu Algorithmen für anwen-dungsspezifische integrierte Schaltungen in Deutschland ein. Daraus entstand die Vorlesung „Topics in Applications andAlgorithms“ an der Queens University über „Sequential,parallel and VLSI algorithms“. Einer seiner Studenten dort, Carlos Bhola, wurde ein sehr erfolgreicher Unternehmer. Der Kontakt besteht bis heute.

Die Arbeit an der Universität machte Freude. Habilitationwurde zum klaren Ziel – und zur ersten ganz großenHürde. Auf seine Habilitationsschrift „Modellierung undAnalyse von VLSI-Algorithmen“ gab es kritische Reaktio-nen. Diese Zeit, so sagt er im Rückblick, hätte er ohne die Unterstützung seiner Frau und die sehr positive fachlicheRückmeldung von Kurt Mehlhorn nicht durchgestanden.1990 wird Hartmut Schmeck in Kiel in Informatik habilitiert.

Der Mensch Hartmut Schmeck ist wie seine Systeme:hochgradig vernetzt, leistungsfähig, vertrauenswürdigund extrem zuverlässig. Aus seinen ungezähltenEngagements für die wissenschaftliche Gemeinschaft,ob als Programm- und Konferenzvorsitzender oder in der politischen und hochschulpolitischen Gremien-arbeit wird ihm unisono nachgesagt, er sei immerbestens vorbereitet, hätte immer alles gelesen! Einen Punkt gibt es allerdings, in dem er sich von seinenAlgorithmen deutlich unterscheidet: HartmutSchmeck ist immer auch für eine Überraschung gut.

Highlights, Zahlen und Fakten

4Projekte

zeigen jüngste Forschungs- und Entwicklungsvorhabenam Institut AIFB:

Abiturprüfungspraxis und Abituraufsatz 1882 bis 1972 verfolgt das Ziel, den deutschen Abituraufsatzhistorisch-praxeologisch und wissensgeschichtlich zurekonstruieren und zu analysieren. Den Analysekorpusbildet heterogenes Quellenmaterial (u.a. Deutschaufsatz,Prüfungsrichtlinien, Lehrerbeurteilungen usw.). Es wirdin einer Forschungsumgebung integriert, die Möglich-keiten zur Verknüpfung semantischer Entitäten bietet,wodurch sehr feingranulare und flexible Analysen möglich werden.

Identitäten in Smart Environments ist unser drittesProjekt im Rahmen der Forschung im Kompetenzzen-trum für angewandte Sicherheitstechnologie (KASTEL).Es wird untersucht, wie Computer-Peripherien geschütztwerden können und wie mit Bedrohungen von innenumgegangen werden kann. Wir bringen uns mit Arbeitenzum Schutz der Privatsphäre im häuslichen Kontext ein.

Helmholtz Zukunftsthema „Energiesysteminte -gration“ arbeitet an umweltverträglichen, effizienten,flexiblen und zugleich stabilen Energiesystemen. Unser Beitrag ist der Entwurf von Systemarchitektur undMethodik für die Integration multi-modaler Energie -systeme für eine stabile, verläss liche Energieversorgung,speziell die Gestaltung des Zusammenwirkens vonInformatik und Regelungstechnik.

C/sells folgt für das Energiesystem der Zukunft der Leitidee „Zellularität“, „Partizipation“ und „Vielseitigkeit“.Autonom handelnde Zellen sollen im Verbund inter -agieren, sich möglichst autonom versorgen, wenn nötig,mit anderen Zellen kooperieren und aktiv an Märktenteilnehmen. Bürgerinnen und Bürger von Baden-Würt-temberg, Bayern und Hessen sind in das Geschehen einbezogen. Das „KIT Energy Smart Home Lab” und„FZI House of Living Labs” sind Demonstrationszellen für die Erprobung technischer Lösungen und Geschäfts-modelle.

http://www.aifb.kit.edu/web/Projekte

Ali Sunyaev, zuletzt Professor für „Information Systems andSystems Engineering“ an der Universität Kassel, hat denRuf ans KIT angenommen. Wir freuen uns sehr, ihn ab 1.1.2018als Nachfolger von Detlef Seese am Institut AIFB begrüßen zu dürfen. Damit ist der nächste große Schritt im Generations-wechsel 45 Jahre nach der Gründung unseres Instituts getan.

York Sure-Vetter, seit zweieinhalb Jahren bei uns, hat im Berichts-zeitraum seine ersten beiden Doktoranden am AIFB promoviert.Zehn weitere Dissertationen wurden von wissenschaftlichen Mitarbei-tern unserer Forschungsgruppen vorgelegt und erfolgreich vertei-digt. Wir gratulieren den 12 frisch Promovierten ganz herzlich, freuenuns mit ihnen über den Erfolg und über diese schöne Bilanz unserer Lehre und Forschung.

Andreas Drescher, Agnes Koschmider und Andreas Oberweis gebenin dem neu erschienen Fachbuch „Modellierung und Analyse vonGeschäftsprozessen“, Untertitel „Grundlagen und Übungsaufgabenmit Lösungen“, ihr Wissen aus Lehre und Forschung zu betriebli-chen Informationssystemen und Business Process Engineering weiter.Für die Übungen zu den von ihrer Forschungsgruppe zu diesemThema angebotenen Vorlesungen wurde Andreas Drescher bereitsmehrfach ausgezeichnet.

J. Marius Zöllner, seit Oktober 2016 als neuer Professor am Institut,baut unser Lehrangebot und die Forschung zu Künstlicher Intelli-genz (KI) und maschinellem Lernen aus. Er arbeitet intensiv an derEinrichtung eines Labors für angewandte maschinelle Lernverfahrenfür die Studierenden. Anwenden will er KI und maschinelles Lernenvor allem zur Weiterentwicklung der Robotik sowie Automobil- und Verkehrsteuerung.

Harald Sack, der als Professor nach dem „Jülicher Modell“ zeitgleichmit J. Marius Zöllner zu uns kam, forscht und entwickelt am FIZKarlsruhe an Modellen und Methoden zur Entwicklung und Bereit-stellung von Informationsdiensten. Am KIT bietet er die Vorlesungund das Projektpraktikum „Information Service Engineering“ an.

Für den fachlichen Wissensaustausch in der Community hat YorkSure-Vetter mit seiner Gruppe Web Science im Frühjahr 2017 die 9. Konferenz für Professionelles Wissensmanagement, WM 2017,in Karlsruhe organisiert. Der 211 Seiten starke Tagungsband stehtauf der Konferenzwebseite kostenlos zum Download zur Verfügung.http://wm2017.aifb.kit.edu/WM2017_Proceedings.pdf

Die nächste Fachkonferenz wird schon vorbereitet: Im Juni findet am KIT die Ninth ACM International Conference on Future Energy Systems (e-Energy 2018) statt. Konferenzleiter sind Hartmut Schmeck,Sebastian Lehnhoff (Universität Oldenburg) und Veit Hagenmeyer(KIT). Die Forschungsgruppe Effiziente Algorithmen am AIFB und FZI übernimmt die Organisation. Termin: 12.-15. Juni 2018. http://conferences.sigcomm.org/eenergy/2018/index.php

5Forschungsgruppen

am Institut AIFB untersuchen und entwickeln Methoden, Konzepteund Verfahren, um grundlegende Forschungserkenntnisse der Informatik für die professionelle Gestaltung von Anwendungssystemenzu nutzen. Zum Transfer der wissenschaftlichen Erkenntnisse inInnovation für die Wirtschaft engagieren sich unsere Institutsleiteram FZI Forschungszentrum Informatik am KIT.

Effiziente Algorithmen: Zentrales Thema ist die Entwicklung vonMethoden und Systemkonzepten für den wirtschaftlichen Einsatzmoderner IT-Infrastrukturen. Besonderes Interesse gilt der Beherrsch-barkeit und effizienten Nutzung vielfältig vernetzter, adaptiver Systeme mit der Fähigkeit zur Selbstorganisation. Konzepte desOrganic Computing werden zur effektiven Gestaltung zukünftigerdezentraler Energiesysteme untersucht und ausgebaut. Danebenwerden naturinspirierte Optimierungsverfahren, insbesondere fürmultikriterielle und dynamisch veränderliche Problemstellungen,weiterentwickelt.

Betriebliche Informationssysteme: Beschäftigt sich mit Methoden,Vorgehensmodellen und Werkzeugen für Business Process Engi -neering und serviceorientiertes Workflow-Management, mit Non-Standard-Anwendungen betrieblicher Informationssysteme sowie derstrategischen Informatik-Planung und -Organisation in Unterneh-men. Grundlage für die Konzeption und Implementierung innovativerbetrieblicher Informationssysteme sind servicebasierte IT-Infrastruk-turen, in denen Geschäftsprozesse kollaborativ, flexibel, sicher undzuverlässig ausgeführt werden können. Als spezielle Aspekte beider Gestaltung von Informationssystemen werden Mobilität, Daten-souveränität, Usability sowie Nachhaltigkeit berücksichtigt.

Web Science: Beschäftigt sich mit Methoden der künstlichen Intelligenz, der semantischen Wissensrepräsentation und des maschi-nellen Lernens. Sie werden vor allem eingesetzt, um die Digitali -sierung in Unternehmen durch intelligente Systeme zu unterstützen.Die Lösungen werden mit Industriepartnern in angewandten Forschungsprojekten in der Praxis erprobt. Beispiele sind die schnelleund einfache Integration von Sensordatenströmen aus Industrie-4.0-Anwendungen ebenso wie die flexible Konfiguration von verteilten Systemen durch die Kopplung von Linked Data und RESTServices zu so genannten Linked Services.

Angewandte technisch-kognitive Systeme: Untersucht Techno-logien und Anwendungen maschineller Intelligenz. Auf erforschtenGrundlagen sollen neue technische Systeme wie autonome Service -roboter, autonome Fahrzeuge oder Assistenzsysteme mit kognitivenFähigkeiten entstehen. Adressiert werden maschinelle Wahrneh-mung, Situationsverstehen und Verhaltensentscheidung. Methodendes maschinellen Lernens und der probabilistischen Inferenz werdenfür alle Komponenten erforscht und angewandt. Die ganzheitlicheNutzung neuronaler Verfahren in der adaptiven Wahrnehmung undVerhaltensentscheidung wird längerfristig angestrebt.

Information Service Engineering: Untersucht Modelle und Metho-den zur Entwicklung und Bereitstellung von Informationsdienstenmit dem Schwerpunkt der effizienten semantischen Erschließung,Aggregation und Retrieval umfangreicher heterogener und verteilterDatenquellen. Forschungsschwerpunkte liegen in der Analyse undErschließung heterogener multimedialer Daten, der daran anschlie-ßenden kontextsensitiven semantischen Analyse und Integration der im vorangegangenen Schritt gewonnenen Roh-Metadaten, und,darauf aufbauend, in der Entwicklung semantischer und explorativerSuchtechnologien und Empfehlungssysteme.

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4Auszeichnungen

Andreas Thalhammer, Steffen Thoma, Andreas Harth undRudi Studer haben für ihre Publikation „Entity-CentricData Fusion on the Web“ den „Ted Nelson NewcomerAward“ der internationalen Fachgesellschaft „Associationof Computing Machinery“ (ACM) bekommen. Die Aus-zeichnung wurde ihnen auf der „Hypertext 2017 – The28th ACM Conference on Hypertext and Social Media“in Prag übergeben. Auch mehrere unserer Lehrveran-staltungen wurden wieder ausgezeichnet. Ein Zertifikatfür gute Lehre im Wintersemester 16/17 erhielt YorkSure-Vetter für seine Vorlesung „Web Science“. Timm Caporale und Andreas Fritsch wurden für die Übungenzur Vorlesung „Datenbanksysteme und XML“ ausgezeich-net, Andreas Drescher für die Übungen zur „Modellie-rung von Geschäftsprozessen“. Die Zertifikate für gute Lehre werden auf Basis der Evaluation durch Studie-rende vergeben.

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12Dissertationenwurden im Berichtszeitraum 2016/17 am Institut erfolgreich verteidigt. Die neuen Doktorinnen und Doktoren, ihre Themen und Betreuer:

Maribel Acosta Deibe: „Query Processing over Graph-structured Data on the Web” (Rudi Studer)Michael Färber: „Semantic Search for Novel Information” (Rudi Studer)Christian Gitte: „Informationsarchitekturen für künftige Energievertriebe“ (Hartmut Schmeck)Thomas Hartmann: „Validation Framework for RDF-based Constraint Languages” (York Sure-Vetter)Christian Hennig: „From Data Modeling to KnowledgeEngineering in Space System Design” (Rudi Studer)Ingo Mauser: „Multi-modal Building Energy Management” (Hartmut Schmeck)Friederike Pfeiffer-Bohnen: „Vom Lehren zum Lernen: Digitale Angebote in universitären Lehr -veranstaltungen“ (Hartmut Schmeck)Dominik Riemer: „Methods and Tools for Manage-ment of Distributed Event Processing Applications”(Rudi Studer)Fabian Rigoll: „Nutzerorientiertes Energiedaten -management“ (Hartmut Schmeck)Andreas Thalhammer: „Linked Data Entity Summarization” (Rudi Studer)Ignacio Traverso-Ribón: „A Framework for Semantic Similarity Measures to enhance KnowledgeGraph Quality“ (York Sure-Vetter)Lei Zhang: „Semantic Annotation and Search: Bridging the Gap between Text, Knowledge andLanguage” (Rudi Studer)

www.kit.eduKIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

a kwww.aifb.kit.edu

Herausgeber:Institut für Angewandte Informatikund Formale Beschreibungsverfahren

Andreas OberweisHartmut SchmeckYork Sure-VetterJ. Marius Zöllner

November 2017

ISBN 978-3-944361-05-5

Redaktionelle Bearbeitung: Dr. Daniel Sommer, Institut AIFBdaniel.sommer@kit.eduVera Münch, Alfeldvera-muench@kabelmail.de

Gestaltung:Studio Quitta, Münchenwww.studio-quitta.de

Druck:Systemedia GmbH, Wurmbergwww.systemedia.de

Gedruckt auf 100% Recyclingpapiermit dem Gütesiegel „Der Blaue Engel”

Institut AIFB: Wir machen Angewandte Informatik am KIT. Unser Ziel: Innovative Lösungenfür Wirtschaft und Gesellschaft.Gerne auch für Sie und mit Ihnen.

Prof. Andreas Oberweisandreas.oberweis@kit.edu

Prof. Harald Sackharald.sack@kit.edu

Prof. Hartmut Schmeckhartmut.schmeck@kit.edu

Prof. York Sure-Vetteryork.sure-vetter@kit.edu

Prof. J. Marius Zöllnermarius.zoellner@kit.edu

Institut AIFBKarlsruher Institut für TechnologiePostfach 698076049 Karlsruhe

AIFB THEMENHEFT 2018

Werden Sie Mitglied im Verein AIK e.V.AIK-Symposien sind gemeinsame Veranstal-tungen des Instituts AIFB und des VereinsAngewandte Informatik Karlsruhe (AIK) e.V.Sie greifen aktuelle Themen der Informatikauf, die immer sowohl aus Sicht der Wissen-schaft als auch aus Sicht der Wirtschaftbetrachtet und diskutiert werden.

Sie sind an diesem proaktiven Wissens-transfer interessiert? Dann werden Sie Mitglied des AIK e.V. Wir freuen uns auf Sie!

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