Mit dem Publikationspreis würdigt die TU Ilmenau die besten wissenschaftlichen Veröffentlichungen aus der Universität. Dieses Jahr sind Forschende in drei Kategorien mit dem mit 2500 Euro prämierten Preis geehrt worden. Die Auszeichnung wird alle zwei Jahre von einem Forschungsausschuss, bestehend aus Professor*innen, wissenschaftlichen Mitarbeitern und Studierenden, vergeben. Auswahlkriterien sind die internationale Sichtbarkeit, der Neuigkeitswert und die Interdisziplinarität der Veröffentlichung.
Publikationspreis in „Mathematik und Naturwissenschaften“ geht an Dr. Friedrich M. Philipp Prof. Manuel Schaller und Prof. Karl Worthmann
In der Kategorie „Mathematik und Naturwissenschaften“ wurden Dr. Friedrich M. Philipp und Prof. Karl Worthmann vom Institut für Mathematik sowie Prof. Manuel Schaller (TU Chemnitz) für ihre Publikation „Finite-data error bounds for Koopman-based prediction and control“ im Journal of Nonlinear Science ausgezeichnet. Der Artikel entstand im Rahmen des von der Carl-Zeiss-Stiftung geförderten interdisziplinären Forschungsprojekts DeepTurb, kurz für „Deep Learning in und von Turbulenz“.
Die ausgezeichnete Publikation adressiert ein zentrales Problem moderner maschineller Lernverfahren: Wie viele Daten sind notwendig, um eine vorgegebene Approximationsgüte sicherzustellen? In ihrem Beitrag befassen sich die Wissenschaftler dazu mit der so genannten Extended Dynamic Mode Decomposition (EDMD), einem sehr leistungsstarken maschinellen Lernverfahren für die Analyse, Prädiktion und (optimale) Steuerung komplexer, nichtlinearer dynamischer Systeme. Trotz der Anwendung dieser Methode in Bereichen wie der Fluid- und Molekulardynamik, der Quantenmechanik oder im Deep Learning gibt es, so Prof. Worthmann, kaum Arbeiten, die sich mit der Fehleranalyse und der Frage nach der benötigten Anzahl an Trainingsdaten für eine vorgegebene Approximationsgüte beschäftigt haben:
Wir haben erstmals solche quantitativen probabilistischen Fehlerschranken für Systeme mit Eingang oder mit stochastischer Dynamik gezeigt. Insbesondere wurde der praktisch höchst relevante Fall behandelt, dass die Daten entlang einer Trajektorie aufgenommen wurden.
Der wissenschaftliche Einfluss der Arbeit zeigt sich in der breiten internationalen Wahrnehmung: Innerhalb eines Jahres wurde die Publikation bereits 73mal zitiert (GoogleScholar). Sie diente als Grundlage für internationale Kooperationen und Projektanträge sowie Minisymposia auf internationalen Konferenzen, u.a. am Mathematischen Forschungsinstitut Oberwolfach. Prof. Worthmann sieht zudem einen großen gesellschaftlichen Mehrwert in der ausgezeichneten Arbeit:
Die theoretische Fundierung maschineller Lernverfahren ist meines Erachtens entscheidend, um Methoden der künstlichen Intelligenz auch in sicherheitskritischen und technischen Anwendungen erfolgreich und robust in Bezug auf Störungen zum Einsatz zu bringen – in Wissenschaft, Industrie und Gesellschaft.
Für die Wissenschaftler bedeutet der Publikationspreis eine besondere Anerkennung ihrer wissenschaftlichen Arbeit – für Karl Worthmann auch in Bezug auf die in den letzten Jahren erfolgte Neuausrichtung seines Fachgebiets Optimization-based Control in Richtung datenbasierter Verfahren der mathematischen Systemtheorie unter Verwendung maschinellen Lernens. Auch für Prof. Schaller stellt der Preis eine besondere Anerkennung und Wertschätzung seiner Tätigkeit als Postdoktorand an der TU Ilmenau dar:
Die Auszeichnung ist für mich etwas ganz Besonderes, da sie meine erste wissenschaftliche Arbeit zur Analyse maschineller Lernverfahren würdigt – ein Thema, das mittlerweile integraler Bestandteil meines wissenschaftlichen Profils ist. Der Publikationspreis lässt mich die prägende und produktive Zeit an der TU Ilmenau, die mich auch nach meinen Wechsel an die TU Chemnitz begleitet, in bester Erinnerung behalten.
Dr. Friedrich Philipp hebt die Bedeutung des Publikationspreises für seine wissenschaftliche Arbeit hervor:
Seit meinem Beginn an der TU Ilmenau im Jahr 2020 widme ich mich intensiv den mathematischen Methoden des maschinellen Lernens. Die ausgezeichnete Publikation ist ein Meilenstein meiner Forschung, da sie meine Arbeit zu quantitativen Garantien für datengetriebene Methoden im Kontext dynamischer Systeme prägt. Diese Würdigung kurz vor Abschluss meines Habilitationsverfahrens erfüllt mich mit großer Freude und ist eine besondere Anerkennung meiner Forschungstätigkeit an der TU Ilmenau.
Publikationspreis in „Ingenieurwissenschaften“ geht an Prof. Yuri Shardt
Prof. Yuri Shardt, Leiter des Fachgebiets Automatisierungstechnik, wurde für sein Lehrbuch „Statistics for Chemical and Process Engineers“ ausgezeichnet. Das Werk, das sowohl in englischer als auch in deutscher Sprache erhältlich ist, verbindet theoretische Grundlagen mit praxisnahen Anwendungsbeispielen und richtet sich an Studierende, Forschende und Ingenieur*innen in der Industrie.
In seiner Forschung befasst sich Prof. Shardt mit zukunftsweisenden Bereichen in der Automatisierungstechnik: Big Data, ganzheitlicher Steuerung und der „intelligenten Welt“. Er entwickelt Modelle, die große industrielle Datensätze nutzen, um Prozesse besser zu verstehen, zu optimieren und zu steuern. In der Prozessüberwachung beschäftigt er sich mit der frühzeitigen Fehlererkennung. Sein dritter Fokus liegt auf der praktischen Anwendung dieser Modelle und Steuerungsmethoden. Dabei interessieren ihn besonders intelligente Fabriken (Industrie 4.0) und die intelligente Landwirtschaft, insbesondere der Einsatz von Technologien in smarten Gewächshäusern.
Das Buch deckt zentrale Themen seiner Forschung wie Datenvisualisierung, deskriptive Statistik, theoretische Grundlagen der Statistik, Parameterschätzung, Hypothesentests, lineare und nichtlineare Regression, Versuchsplanung, Analyse und Modellierung von Zeitreihen und Systemidentifikation. ab. Die Anwendung der Inhalte wird durch detaillierte Beispiele, Lösungen und Fragen am Ende der Kapitel gefördert, wobei die Implementierung in die Programmiersoftware MATLAB und Microsoft Excel® erläutert wird. Prof. Shardt erklärt:
Mit diesem Lehrbuch wollte ich nicht nur die theoretischen Aspekte vermitteln, sondern auch zeigen, wie man die Ergebnisse richtig analysiert und interpretiert. Der Fokus liegt auf der praktischen Anwendung, unterstützt durch verständliche Beispiele und moderne Tools.
Für Ingenieur*innen und Wissenschaftler*innen, die datengetriebene Entscheidungen treffen und Prozesse optimieren möchten, biete das Lehrbuch eine fundierte Grundlage, um komplexe Fragestellungen effizient zu analysieren und innovative Lösungen in Bereichen wie Industrie 4.0 und intelligente Landwirtschaft zu entwickeln.
Prof. Shardt sieht die Auszeichnung als eine besondere Anerkennung seiner Arbeit:
Die Auszeichnung würdigt die intensive Arbeit, die in die Entwicklung dieses Lehrbuchs geflossen ist. Sie motiviert mich, weiterhin Wissen so aufzubereiten, dass es für Studierende und Fachleute gleichermaßen nützlich ist.
Publikationspreis in „Wirtschafts- und Sozialwissenschaften“ geht an Prof. Rainer Souren
Prof. Rainer Souren, Leiter des Fachgebiets Nachhaltige Produktionswirtschaft und Logistik, wurde für seinen gemeinsam mit einem Forscher der RWTH Aachen verfassten Beitrag „Integrating multiple criteria decision analysis and production theory for performance evaluation: framework and review“, veröffentlicht im European Journal of Operational Research, ausgezeichnet. Die Arbeit verbindet Erkenntnisse aus der Entscheidungstheorie und Produktionstheorie, um Performancemessungen bei Mehrfachzielproblemen grundlegend zu verbessern.
Insbesondere Unternehmen werden oft mit der Frage konfrontiert, wie sie ihre Performance messen können, wenn keine eindeutige Messeinheit wie Geld herangezogen werden kann. Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche ist es den Wissenschaftlern gelungen, ein Rahmenmodell zu entwickeln, das eine theoretisch fundierte Grundlage für diese Art von Leistungsbewertung schafft. Besonders in Anwendungsfeldern wie der Ökobilanzierung, der systematischen Analyse der Umweltwirkungen von Produkten, Verfahren oder Dienstleistungen entlang des gesamten Lebenszyklus‘ im Life Cycle Assessment oder der Data Envelopment Analysis, einer Methode, die etwa bei der Bewertung von Krankenhäusern oder Universitäten angewendet wird, biete seine Forschung laut Prof. Souren einen Mehrwert.
Die Publikation fand bereits großen Anklang in der wissenschaftlichen Fachwelt. Laut Google Scholar und Research Gate wurde sie innerhalb von zwei Jahren bereits rund 40 Mal zitiert. Die gesellschaftliche Relevanz der Arbeit liegt, so Prof. Souren, in ihrer breiten Anwendbarkeit.
Unser Beitrag kann fundiertere Bewertungen ermöglichen, sei es bei der Umweltbewertung von Produktalternativen oder bei der fairen Vergleichbarkeit von Leistungsdaten – etwa in Forschungseinrichtungen.
Die Auszeichnung durch den Forschungsausschuss der TU Ilmenau ist für Prof. Souren eine besondere Ehre:
Dieser Preis ergänzt das Gesamtbild meiner Tätigkeit als Hochschullehrer und stellt das Pendant zum Lehrpreis dar, den ich bereits zweimal erhalten habe. Forschung und Lehre sind zentrale Säulen meines Schaffens, und es freut mich, dass diese Balance durch die Auszeichnung gewürdigt wird.
Kontakt
Prof. Stefan Sinzinger
Vizepräsident für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs