Themengebiet Modeling

 

Modellierung besteht in der abstrakten Beschreibung eines statischen oder dynamischen Systems. Modelle werden in der Regel durch mathematische Beziehungen formuliert, wobei in den letzten Jahren auch die datengetriebene Modellierung immer stärker in den Vordergrund tritt. Modelle werden zur Analyse oder zur Vorhersage eines natürlichen oder imaginären Vorgangs verwendet und sollen die wesentlichen Parameter eines natürlichen Phänomens und deren funktionale Zusammenhänge abbilden. Die formale Beschreibung macht das zugrunde liegende System für Berechnungen zugänglich. Grundsätzlich unterscheidet man die Modellierung der Geometrie, der Materialeigenschaften und des zu simulierenden Phänomens. Die effiziente Simulation hinsichtlich Rechenzeit und erzeugten Datenmengen großskaliger Problemstellungen erfordert im höchsten Maße spezialisierte, auf physikalische Theorien basierte Modellierungstechniken, die sich flexibel den Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen lassen. Durch die intelligente Reduktion der Komplexität eines Modells oder die multidisziplinäre Kopplung verschiedener Modelle können die Dauer, die Kosten und damit letztendlich die Realisierbarkeit einer Berechnung entscheidend beeinflusst und gleichzeitig eine hohe Qualität der erzielten Resultate gewährleistet werden. Die zwei folgenden Beispiele verdeutlichen die Notwendigkeit hochentwickelter Modellierungsansätze.

Themengebiet Modeling im Profilbereich

Die RWTH verfügt durch Arbeiten im Rahmen von Sonderforschungsbereichen und Schwerpunktprogrammen über Erfahrung auf dem Gebiet der experimentell und numerisch gestützten Modellierung. Im SFB 985 Funktionelle Mikrogele und Mikrogelsysteme wird die Entwicklung einer Synthese von neuen und hochfunktionellen Mikrogelen allerdings ohne expliziten Rückgriff auf hochentwickelte Simulationsverfahren vorangetrieben, die mit einem skalenübergreifenden, quantitativen Verständnis ihrer Struktur und Eigenschaften verknüpft werden muss. Darüber hinaus wird im SPP 1506 die Phasengrenzfläche in mehrphasigen Strömungen durch Multiskalen-Modelle beschrieben, die hinsichtlich ihrer physikalisch-chemischen Phänomene zu erweitern sind. Aus medizinischer Sicht sind die laufenden Arbeiten auf dem Gebiet des Molecular Modeling und der datengetriebenen Modellierung, die in der Schnittstelle mit dem Themengebiet Data liegt, zu nennen. Allen Projekten ist gemein, dass verbesserte bzw. neuartige Modelle, z. B. konstitutive Gesetze, nur in integrativer interdisziplinärer Zusammenarbeit entwickelt werden können. Dabei ergibt sich für den Profilbereich CompSE eine Forschungsnotwendigkeit im Themengebiet Modeling, die in folgende Forschungsthemen mündet:

  • Multiskalen-Modellierung
  • Reduced-Order-Modeling (physikalisch basiert)
  • Multidisziplinäre Modellierung

Die Anwendungsbereiche dieser Forschungsthemen berühren analog zu dem Themengebiet Data, die von der Bundesregierung definierten gesellschaftlich relevanten Forschungsfelder. Die Beispiele verdeutlichen, dass für das Gelingen zukünftiger Forschungsanstrengungen auf dem Themengebiet Modeling aufgrund der erforderlichen Breite an wissenschaftlicher Kompetenz der integrative interdisziplinäre Ansatz der RWTH eine ausgezeichnete Basis bildet.