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Komplexe IKT-Lösungen beherrschen

IKT-Systeme finden sich nicht nur im Alltag in Mobiltelefonen, Unterhaltungsgeräten oder im Büro, sie steuern zunehmend auch unsere Infrastruktur, unterstützen die Lenkerinnen von Kraftfahrzeugen, überwachen Energienetze und lenken Flugzeuge.

Kurzbeschreibung

Die zunehmende Komplexität dieser Systeme stellt die IKT vor technische und grundlegende wissenschaftliche Probleme, die direkte wirtschaftliche sowie soziale Auswirkungen haben.

Vor diesem Hintergrund stellt die vorliegende Roadmap den Akteuren der österreichischen FTI-Politik, d.h. insbesondere der FFG sowie dem BMVIT, eine Basis für die FTI-politische Gestaltung des Themenfelds der komplexen IKT-Systeme zur Verfügung.

Die genaue Definition und Eingrenzung komplexer IKT-Systeme ist schwierig und auch innerhalb der Wissenschaften umstritten. Komplexität liegt vor, wenn die Eigenschaften bzw. das Verhalten eines Systems nicht einfach aus den Eigenschaften bzw. Verhalten der Systemteile vorhergesagt werden kann.

Es gibt einen massiven Trend zur Vernetzung verschiedener (d.h. heterogener) Systeme. Dies führt unter anderem zu schwer zu beherrschender Gesamtsystemdynamik. Dennoch ist in vielen Anwendungsbereichen die Integration heterogener Komponenten nicht mehr wegzudenken und der Trend zu zunehmend komplexen „Systemen von Systemen“ unumkehrbar.

Die folgenden informatischen Forschungsgebiete sind als zentral für die Weiterentwicklung komplexer IKT-Lösungen anzusehen:

  • Echtzeitsysteme,
  • adaptive Systeme,
  • autonome Systeme und
  • rigorose Entwurfsmethoden.

Komplexe IKT-Systeme finden sich in zahlreichen, äußerst unterschiedlichen Lebens-, Industrie- und Wirtschaftsbereichen. Sie leisten einen wichtigen Beitrag zu Erhaltung und zum Ausbau der Wettbewerbsfähigkeit und Exporttätigkeit österreichischer Hochtechnologie-Unternehmen aber auch zur Dynamisierung traditioneller Branchen.

Aufgrund der großen Bedeutung vor allem des Maschinen- und Anlagenbaus für die österreichische Volkswirtschaft bieten insbesondere komplexe IKT-Systeme eine Möglichkeit, Österreich mittelfristig und dauerhaft als Technologiegeber zu etablieren bzw. diese Position zu stärken. Darüber hinaus stellen sie technologische Lösungen für gesellschaftliche Herausforderungen in den Bereichen alternde Gesellschaft und Gesundheit, Mobilität, Erneuerung der Energiesysteme etc. bereit.

Vor allem vor dem Hintergrund anhaltender sozioökonomischer Trends wie Urbanisierung, Mobilität, Energiewende usw. werden komplexe IKTSysteme mehr und mehr zu einem globalen Fortschrittstreiber und Enabler.

Die zentralen Forschungsfelder und (technologischen) Meilensteine einer Roadmap komplexer IKT Systeme für Österreich, d.h. den existierenden Forschungs- und Industrieschwerpunkten entsprechend, stellen sich wie folgt dar:

  • Autonome Systeme

  • autonome, d.h. selbstgesteuerte Systeme (selbstgesteuerte Fahrzeuge, aber auch in Teilaspekten wie z.B. Aufbauten und Zubehör)

  • selbstgesteuerte, mobile Robotersysteme, Produktionsrobotersysteme, kollaborative Robotersysteme

  • Systeme, die vorausschauend gewartet werden können bzw. die autonom ihre eigenen Wartungsbedarf überwachen (predictive maintenance)

  • autonome Korrektur von Drift, Kalibrierung oder allgemeiner Selbstheilung (z.B. als Reaktion auf Abnutzung oder Teilausfall von Komponenten)

  • fortgeschrittene Serviceroboter

  • digitale Assistenten

  • advanced mixed signal devices

  • energy-efficient processors and memories

  • autonomic data centres

  • self-programming software

  • Adaptive Systeme

  • natürliche Mensch/Maschine-Schnittstellen

  • immersive (also sensorisch reichhaltige) bzw. intelligenten Benutzerschnittstellen

  • adaptive Kontrollsysteme, auch als Vorstufe zu komplexeren, intelligenten und vernetzten cyber-physical systems

  • smart networked cyber-physical systems und massiv parallele cyberphysical systems

  • Rigoroser Systementwurf

  • kontinuierliche Verifikation

  • effiziente Nutzung von Multicore-Systemen

  • Zertifizierung von Teilsystemen sowie die Zusammenführung von teilzertifizierten Systemen zu Gesamtsystemen mit zertifizierbaren Eigenschaften

  • Modellierung und Simulation (vor allem Echtzeitfähigkeit, Nutzung von Cloud-Ressourcen sowie deren Kombination und neue Algorithmen für die Echtzeitinteraktion)

  • Verlässlichkeit und Stabilität

  • speziellen Methoden und Werkzeuge im Bereich des security testing

  • Beherrschung mehrerer Security-Ebenen

  • Systeme, die gegen Cyber-Attacken geschützt sind

  • Anbindung an die Cloud für Echtzeitsysteme

  • implantierbare und tragbare Rechensysteme

  • Systemevolution

  • Wartung von Altsystemen

  • intelligente Sensoren (zunehmende Intelligenz, d.h. Anpassungsfähigkeit, Verarbeitungskomplexität etc. der Sensorsysteme)

  • offene Schnittstellen

Neben diesen technologischen Forschungsfeldern und Meilensteinen wurden einige Handlungsfelder mit Querschnittscharakter identifiziert, die nichtsdestotrotz zentral für die Unterstützung der österreichischen Unternehmen im Bereich komplexer IKT-Lösungen sind z.B.:

  • die Entwicklung und Etablierung von Technologieplattformen (etwa im Bereich home automation oder autonome Fahrzeuge),
  • die Berücksichtigung technologischer Trends und Entwicklungsmeilensteine in Standardisierung,
  • Regulierung sowie
  • die Schaffung von entsprechender Forschungsinfrastruktur.

Die Erreichung dieser Meilensteine und die Generierung damit verbundenen Wettbewerbsfähigkeit bzw. -vorteile bedürfen zusätzlich zur Bereitstellung von entsprechend Fördermitteln im IKT der Zukunft Programm weiterer (nicht nur) FTI-politischer Maßnahmen.

Insbesondere die Stärkung der Forschergruppen an Hochschulen und Forschungseinrichtungen bezüglich Personal- und Mittelausstattung ist eine wesentliche Voraussetzung, Österreich an den möglichen Gewinnen technologischen Fortschritts im Bereich komplexer IKT Systeme langfristig zu beteiligen.

Des Weiteren sollte die Rolle des Staates als Nachfrager stärker in den Fokus einer entsprechenden Innovationspolitik gerückt werden, auch da viele Anwendungsbereiche komplexer IKT Lösungen direkt die öffentliche Verwaltung oder andere staatliche Leistungsbereiche selbst innovativer machen würden.

Die bestehende Förderlandschaft wird im Allgemeinen als sehr umfassend und passfähig beurteilt. Gleichzeitig könnte eine Reduktion der Anzahl von Programmen und deren Komplexität den Zugang für Forschungseinrichtungen und Unternehmen erleichtern und somit den Wirkungsbereich der staatlichen Förderung erweitern.

Dazu zählt auch die Einrichtung gemeinsamer Ausschreibungen von verschiedenen Programmen wie etwa IKT der Zukunft und Produktion/Haus/Energie der Zukunft, die den Querschnittscharakter von IKT im Allgemeinen und komplexer IKT Lösungen (insbesondere im Bereich Produktion) ausnutzen.

Um zu verhindern, dass top-down Vorgaben von Forschungsthemen die Attraktivität von Fördermaßnahmen schmälern, sollte weiterhin die Möglichkeit der Einrichtung von österreichischen Technologieplattformen etwa als public private partnerships geprüft werden.

Diese könnten mehrjährige, spezifisch österreichische Forschungs- und Entwicklungsstrategien entwickeln und entsprechend als Leitlinien oder sogar in Form von Ausschreibungen auf die Förderprogramme anwenden.

Auch die Einrichtung von so genannten Leuchtturmprojekten (z.B. im Bereich smart cities oder autonome Fahrzeuge) könnte durch diese Plattform(en) geprüft und gegebenenfalls konzipiert werden.

Ergänzend sollten die Einrichtung einer interdisziplinären Begleitforschung geprüft werden, die etwa gesellschaftliche Herausforderungen näher analysiert oder Akzeptanzprobleme (und damit Hemmnisse für die nationale Nachfrage) untersucht.

Der vorliegende Bericht gliedert sich in 5 Hauptkapitel.

  • Kapitel 2 und 3 beschreiben einerseits das Themenfeld komplexe IKT-Lösungen und andererseits entsprechende Anwendungsfelder, soweit sie von österreichischen Unternehmen adressiert werden.
  • Kapitel 4 bildet die allgemeine Grundlage, auf der die eigentliche Roadmap zu lokalisieren ist, ab, d.h. den spezifisch österreichischen Kontext hinsichtlich Bedeutung zentraler, forschungsintensiver Wirtschaftsbereiche, existierender IKT-Wertschöpfungsnetzwerke und relevanter Forschergruppen.
  • In Kapitel 5 werden die zentralen Themen und Meilensteine der Roadmap beschrieben.
  • In Kapitel 6 werden Empfehlungen auf strategischer und operativer Ebene diskutiert, deren Umsetzung als wesentlich für die optimierte Unterstützung österreichischer Unternehmen im Bereich komplexer IKT-Systeme gilt.

Publikationen

Komplexe IKT Lösungen beherrschen

Eine Roadmap als Basis für die FTI-politische Gestaltung des Themenfeldes Komplexe IKT-Systeme. Dr. Wolfgang Pree, DI Christian Wögerer, Erich Prem, Sascha Ruhland, Herausgeber: bmvit

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