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Zunehmend komplizierte IT-Systeme machen's nötig: Informatiker müssen stärker wie Ingenieure denken und arbeiten

23.03.2006 - (idw) Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik (HPI)

Potsdam. Software ist heute eigentlich kein einzelnes Produkt mehr, sondern steckt als integraler Bestandteil in vielen Waren. 95 Prozent aller Mikrochips - so schätzen Experten, werden heute gar nicht mehr in Computer eingebaut, sondern in Alltagsdinge wie zum Beispiel Kinderspielzeug, Autos, Mobiltelefone oder Produktionsanlagen. Für Informatiker bedeutet das: Es reicht längst nicht mehr aus, lediglich die eigene Welt der Computerprogramme zu betrachten und Bits und Bytes im Sinn zu haben, sondern man muss auch die von den Rechnern gesteuerten und immer komplizierter werdenden Systeme verstehen und beherrschen - also den digital gesteuerten Teddybär, den Kühlschrank, der seine Auffüllung automatisch via Internet-Bestellung in Gang setzt oder das Mobiltelefon, mit dem man die gesamte Technik im eigenen Hause steuern und überwachen kann. Ganzheitliches Denken in Systemzusammenhängen ist erforderlich - und gescheite Modellierung, wie Ingenieure sie gewohnt sind. Wie man damit der wachsenden Komplexität von informationsverarbeitenden Systemen Herr werden kann, untersucht ab Montag, 27. März eine internationale Tagung des Weltverbands der Ingenieure für Software-, Hardware- und Kommunikations-Systeme (IEEE). Gastgeber für die 110 Experten aus 30 Nationen ist das Potsdamer Hasso-Plattner-Institut, Deutschlands einziges Uni-Institut, das den entsprechenden Studiengang "IT Systems Engineering" anbietet. Tagungsleiter ist Professor Werner Zorn vom HPI in Potsdam.

Vor Beginn der Tagung äußerte sich Prof. Werner Zorn, Leiter des Fachgebiets "Kommunikationssysteme" am HPI, zu Fragen, die wir ihm rund um das Tagungsthema stellten. Warum werden computergestützte Systeme immer komplexer?

Prof. Zorn: Die Leistungsfähigkeit von Rechnern hat seit Jahren stetig zugenommen. Die Systeme machen somit immer mehr Funktionalitäten möglich. Hinzu kommt, dass Software heute keine abgegrenzte, eigene Klasse von Produkten mehr darstellt, sondern als Technologie in immer mehr Produkttypen Einzug hält. Das entwickelt sich ähnlich wie früher mit der Elektrizität oder der Mikroelektronik. Oft steckt Software in Produkten, in denen man sie auf den ersten Blick gar nicht wahrnimmt. Man denke z.B. an ein Röntgengerät oder die Bremsanlage eines Personenzuges. Wettbewerb und Marketing sorgen zudem dafür, dass über Software viele Produkte wie z.B. Autos um Komfortfunktionen bereichert werden. Mangelnde Beherrschbarkeit der Komplexität von Software wird dadurch zu einem Kosten- bzw. Zuverlässigkeitsproblem, das immer mehr Produkte in unserem Alltag betrifft.

Was sind die Hauptgründe dafür?

Prof. Zorn: Früher bestand das Problem oft in der Beschränktheit der verfügbaren Technologie. Man musste z.B. bei der Speicherkapazität zum Teil um einzelne Bits und Bytes feilschen. Heute besteht das Problem darin, dass der Mensch, der die Systeme erstellt, schnell den Überblick verlieren kann. Eine zusätzliche Herausforderung ist, dass sich die Anforderungen an ein zu entwickelndes Software-System oft schon während der Entwicklung ändern.
Hinzu kommt, dass IT-basierte Systeme keine durchgängig berechenbare Stabilität wie z.B. Bauwerke oder Maschinen haben. Dies ist ein grundsätzliches Problem, an dem viele arbeiten. Ein Fehler, der zunächst wenige Bits betrifft, kann unvorhersehbar großen Schaden anrichten - man denke an den Absturz der Ariane vor einigen Jahren. Da das Software Engineering eine vergleichsweise junge Disziplin ist, müssen wohl auch noch weitere Jahre ins Land gehen, bis der gleiche Reifegrad erreicht ist wie bei anderen Ingenieursdisziplinen.
Oder anders ausgedrückt: Die Theorie mit ihren mathematischen Modellen und Methoden hat bei dem Wandel von ehemals kontinuierlichen Prozessen hin zu diskreten Prozessen und den jeweiligen technischen Systemen nicht Schritt halten können.

Was sind die Folgen der wachsenden Komplexität solcher Systeme?

Prof. Zorn: Aufgrund der schlechten Beherrschbarkeit von Softwareanteilen werden auch die Gesamtsysteme, die Software enthalten, immer schwerer beherrschbar. Das betrifft auch die Pflege und die Weiterentwicklung. Für die Hersteller bedeutet dies steigende, schwer abschätzbare Kosten, nicht eingehaltene Termine und geringere Zuverlässigkeit.
Oft entsteht auch eine gefährliche Abhängigkeit ganzer Produkte oder Unternehmen von wenigen Software-Spezialisten, da deren Arbeit aufgrund schlechter Dokumentation von anderen kaum noch nachvollzogen werden kann.
Für den Anwender wird es trotz Aufwandes bei der Gestaltung von Bedienoberflächen oft immer schwerer, ein Produkt in vollem Leistungsumfang zu nutzen. Menschen, die nicht die Möglichkeit haben, sich das erforderliche Wissen anzueignen, haben im Alltag zunehmend einen Nachteil.

Was sind die wichtigsten Mittel, um der wachsenden Komplexität Herr zu werden, sie in den Griff zu bekommen?

Prof. Zorn: Dabei muss man unterscheiden zwischen der Komplexität, die den Systemen aufgrund der vielen verschiedenen Funktionalitäten innewohnt, und derjenigen Komplexität, die durch die Kombination vieler Technologien in einem Gesamtsystem entsteht. Letzteres kann man durch bessere Werkzeuge, Sprachen, sprich technologischen Fortschritt, teilweise mildern. Sicherlich ist es auch hilfreich, nicht alles, was technisch machbar erscheint, auch tatsächlich einzubauen.
Mindestens genauso wichtig ist es aber, bei den Machern anzusetzen, d.h. es sind geeignete Vorgehensweisen und Fertigkeiten gefragt, die über rein "handwerkliches" Wissen hinausgehen. Große Systeme müssen in hierarchische Teilsysteme aufgeteilt und später systematisch zusammengefügt werden. Dies erfordert außerdem eine gezielte Arbeitsteilung und Projektplanung.
Das Finden geeigneter Abstraktionen und die Fähigkeit, den Überblick über ein Gesamtsystem zu behalten, sind Kernprobleme. Kenntnisse in Modellierung, also dem Denken in übergeordneten Konzepten und deren klarer Darstellung, sind hier gefragt.

Welche Folgen hat die wachsende Komplexität für die Ausbildung von Informatikern und IT-Ingenieuren?

Prof. Zorn: Gerade wir am Hasso-Plattner-Institut lehren unseren Studenten besonders das Analysieren, Abstrahieren, Modellieren, wir bringen ihnen bei, wie man graphisch und sprachlich verständliche Darstellungen produziert, zeigen ihnen, wie man exakte Spezifikationen vornimmt. Außerdem legen wir am Hasso-Plattner-Institut Wert auf das Üben an realen Problemstellungen in Teams, zum Beispiel schon bei unseren Bachelor-Projekten.
Es ist auch wichtig, den Humboldt'schen Grundsatz der Einheit von Forschung in Lehre in den Vorlesungen für die Studenten erlebbar zu machen, indem man ihnen grundlegende Erkenntnisse vermittelt und deren jeweiligen Grenzen aufzeigt, statt lediglich produktbezogenes Bedienerwissen zu vermitteln, wie es allenthalben von den späteren Arbeitgebern gefordert wird.
Der IT-Ingenieurnachwuchs muss z.B. erkennen, wo die Grenzen der technischen Machbarkeit erreicht werden. Studenten in fortgeschrittenen Studienabschnitten, also im Master- oder Promotionsstudium, konfrontieren wir mit anspruchsvollen, aber lösbaren Problemstellungen. Dabei vermitteln wir ihnen wissenschaftliche Arbeitsmethoden durch gute Betreuung und eigenes Vorleben. Dazu gehört auch, dass wir den Studenten immer wieder klarmachen, dass IT- Systeme nicht primär dazu da sind, Informationen zu verarbeiten, sondern materielle, energetische Prozesse zu kontrollieren. Und wir achten darauf, dass sie Begriffe klar definieren und sich präzise und gleichzeitig verständlich ausdrücken, statt in englisch-deutsches Computer-Kauderwelsch zu verfallen.
Gut ist, dass wir in der Ausbildung heute neue Möglichkeiten gegenüber früher haben: Etwa durch objektorientierte Programmierung, Java, Open Source, Open Standards und andere Mittel können unsere Studenten heute sehr komplexe Systeme bauen, indem sie bereits vorhandene, übers Internet leicht verfügbare Teilsysteme anpassen und integrieren.

Werden auf der Tagung wichtige neue Ansätze zur Beherrschung zunehmend komplexer IT-Systeme präsentiert?

Prof. Zorn: Unsere allgemeine Erfahrung ist: "There is no silver bullet", d.h. technologischer Durchbruch ist nicht mit Hilfe von Gewaltmaßnahmen oder einem Geniestreich erzielbar, sondern nur durch graduellen Fortschritt auf sehr unterschiedlichen Problemfeldern, einschließlich dem der Aus- und Weiterbildung. Während die einen sagen "Nichts ist praktischer als eine gute Theorie" gehen die anderen von dem Grundsatz aus "Probieren geht über Studieren". Konkret gesagt: Die Praktiker sollen auf unserer internationalen Tagung neueste Angebote der Theoretiker kennen und einschätzen lernen, wie diese sich zur Lösung ihrer Problemstellungen eignen. Und die Theoretiker sollen die aktuellen Problemstellungen aus der Praxis mit nach Hause nehmen, statt im dortigen Elfenbeinturm nur die selbst gewählten Aufgaben zu lösen.

Weitere Informationen: http://www.ecbs06.hpi.uni-potsdam.de - Informationen zur Tagung http://www.hpi-web.de - Informationen zum Hasso-Plattner-Institut
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