Entropieprobabilistische Methoden und Modelle der Risikoanalyse zur Erhöhung der Zuverlässigkeit komplexer adaptiver Systeme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Beer
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547125816

Jedes Jahr beobachten wir eine Steigerung der Effizienz neu entwickelter Systeme. Solche intelligenten Systeme umfassen hunderte Elemente, die nicht nur mit einer Person, sondern auch miteinander interagieren. Der Anwendungsbereich umfasst eine intelligente Steuerung und Produktion, aber auch Büros und Wohnungen. Gleichzeitig wird das Steuern solcher Systeme immer komplizierter. Die Hauptgründe dafür liegen in der Zunahme der Informationsunsicherheit und der Verkomplizierung der (System-)Risiken, deren Effekt nicht bekannt ist. Die wissenschaftliche Fragestellung des Projektes betrifft die Gewährleistung der Zuverlässigkeit und Stabilität komplexer adaptiver Systeme, welche unter den Bedingungen von Informationsunsicherheit und unterschiedlichen Risiken arbeiten. Das Hauptziel des Projekts ist es, neue Ansätze zur rechtzeitigen Erkennung einer bevorstehenden „Krise“ in komplexen adaptiven Systemen zu entwickeln und Handlungsempfehlungen abzuleiten, die die Nachhaltigkeit der System-Funktionalität sicherstellen. Die wissenschaftliche Neuheit der Forschung liegt darin, dass es keine spezifischen Ansätze gibt, um das im Projekt gestellte Problem effektiv zu lösen. Die Gesetzmäßigkeiten in einem System sollen mithilfe der differentiellen Entropie eines kontinuierlichen Zufallsvektors beschrieben werden, der in Vektorform als zwei Komponenten dargestellt wird – die Entropie der Unordnung und die Entropie der Selbstorganisation. Für das Projekt schlagen wir vor, das Vektorentropiemodell mit einem Risikomodell zu kombinieren. Dies erlaubt uns, die Zuverlässigkeit eines komplexen adaptiven Systems im Rahmen der Kategorie seiner „nachhaltigen Entwicklung“ zu betrachten. Unter der nachhaltigen Entwicklung eines komplexen adaptiven Systems verstehen wir seine Dynamik, die in einer ausgewogenen Änderung der Vektorentropie unter Beibehaltung eines akzeptablen Risikoniveaus besteht. Im Projekt werden Methoden und Modelle für folgende Aufgaben entwickelt: 1. Analyse des Systemrisikos und des Risikos komplexer miteinander verbundener Netzwerke. 2. Entwicklung einer Methode zur Modellierung komplexer adaptiver Systeme in Form von mehrdimensionalen stochastischen, miteinander verbundenen Netzstrukturen. 3. Entwicklung von Methoden und Modellen zur Bildung von Managementempfehlungen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit adaptiver Netzsysteme. 4. Entwicklung entropieprobabilistischer Methoden zur Überwachung der Zuverlässigkeit komplexer Netzwerksysteme, deren Verifikation und Validierung. Tests an verschiedenen Systemen sollen die Ergebnisse der Studie bestätigen, die Bedeutung der Studie in der Wissenschaft erhöhen und deren praktischen Nutzen bei der Lösung realer Probleme unmittelbar demonstrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Konstantin Zuev, Ph.D.