Grundlagen der Informatik - Kapitel 1: Motivation

Grundlagen der Informatik – Motivation

• Die Vorlesung basiert auf Unterlagen von Prof. Helmut Balzert und wird präsentiert von Michael M. Resch (HLRS).

• Das erste Kapitel widmet sich der Motivation und der allumfassenden Bedeutung der Informatik in verschiedenen Lebens- und Arbeitsbereichen.

Bedeutung der Informatik im privaten Bereich

• Die Informatik hat den privaten Alltag tiefgreifend durchdrungen, insbesondere durch die Nutzung des Internets.

• Internetnutzung in Deutschland (Stand 2022): Die Nutzerzahlen belaufen sich auf ca. $67\,Mio.$ Menschen.

• Nutzungszwecke des Internets:

  • Kommunikation (E-Mail, Social Media).

  • Informationsbeschaffung und Nachrichten.

  • Unterhaltung (Streaming, Gaming).

  • Online-Shopping.

• Onlinehandel in Deutschland: Im Jahr 2020 betrug das Volumen des Onlinehandels ca. $73\,Mrd. \,€$.

• Privatsphäre und Sicherheit:

  • Thematisierung der Überwachung im Internet und der Arbeitsweise von Geheimdiensten wie der NSA.

  • Einsatz digitaler Sprachassistenten (z. B. Alexa, Siri) und die damit verbundenen Fragen zum Datenschutz.

Stand der Digitalisierung in der deutschen Wirtschaft (DIHK und IHK 2021)

• Allgemeiner Status: Der große Digitalisierungssprung in Deutschland bleibt weiterhin aus. Unternehmen bewerten ihren Stand im Durchschnitt nur als mittelmäßig.

• Bewertung: Auf einer Schulnotenskala von eins bis sechs vergeben Betriebe sich selbst die Note $2,9$ (unverändert zum Vorjahr).

• Motive für die Digitalisierung:

  • Flexibilisierung des Arbeitens ($51\,\%$).

  • Erhöhung der Kundenbindung ($40\,\%$).

  • Kostenersparnis ($39\,\%$).

• Eingesetzte Technologien:

  • Cloud-Anwendungen sind in $67\,\%$ der Unternehmen etabliert.

  • Edge-Computing ist mit $28\,\%$ auf dem Vormarsch.

  • Künstliche Intelligenz (KI): Fast jedes vierte Unternehmen plant den Einsatz innerhalb der nächsten drei Jahre.

• Hemmnisse und Herausforderungen:

  • Hohe Komplexität bei der Umstellung von Systemen und Prozessen ($39\,\%$).

  • Fehlende zeitliche Ressourcen ($36\,\%$).

  • Hohe Kosten ($34\,\%$).

  • Mangel an IT-Fachkräften und Fachwissen ($24\,\%$).

  • Unzureichende digitale Infrastruktur (Breitband).

• IT-Sicherheit:

  • Das Bewusstsein für Gefahren ist gestiegen, jedoch fehlen oft organisatorische Maßnahmen.

  • Weniger als ein Drittel der Betriebe verfügt über einen festen Ablaufplan für IT-Notfälle.

• Politischer Handlungsbedarf:

  • Vordringlichster Wunsch ist eine leistungsfähige Breitbandinfrastruktur ($66\,\%$).

  • Erleichterung des Zugangs zu Fördermitteln ($40\,\%$).

  • Vermittlung digitaler Basiskompetenzen ($33\,\%$).

• Interner Handlungsbedarf: $66\,\%$ der Betriebe möchten vor allem das "Digitale Mindset" im eigenen Unternehmen fördern.

IT und Energieverbrauch

• Die Informationstechnik hat einen signifikanten ökologischen und ökonomischen Fußabdruck.

• Stromverbrauch: IT verursacht in Deutschland derzeit ca. $10\,\%$ des gesamten Strombedarfs.

• Kosten: Die jährlichen Stromkosten für IT belaufen sich auf ca. $10\,Mrd. \,€$.

• Emissionen: Eine einzige Suchanfrage im Internet verursacht ca. $3\,g \,CO_2$.

• Pro-Kopf-Verbrauch: Es wird auf die steigende Tendenz des Energieverbrauchs pro Person hingewiesen.

• Maßnahmen zur Energieeffizienz:

  • Beachtung von Innovationszyklen.

  • Beschaffung des "langsamsten notwendigen" (statt des maximal möglichen) IT-Systems.

  • Einsatz energieeffizienter Hardware.

  • Dauerbetrieb nur bei absolut notwendigen IT-Systemen.

  • Energieeffiziente Betriebsweise von Systemen.

  • Grundsatz: "Speicher durch Wissen und Denken ersetzen".

Die Bedeutung der Informatik für Ingenieure

• Informatik gilt heute als notwendige Grundfertigkeit neben Lesen, Schreiben und Rechnen.

• Grundfähigkeiten: Programmieren und logisches Strukturieren.

• Werkzeugfunktionen:

  • Produktentwicklung und Projektplanung.

  • Finanzplanung.

  • Erstellung von Berichten und Vorträgen.

• Anwendungsbereiche im Ingenieurwesen:

  • Entwicklung: Produktentwurf und Produktoptimierung.

  • Steuerung: Steuerung von Produktionsmaschinen sowie Steuerungen in Fahr- und Flugzeugen.

  • Kontrolle: Überwachung von Maschinen, Systemen und komplexen Anlagen wie Bergwerken.

  • Mensch-Maschine-Schnittstelle: Kommunikation zwischen Mensch und System (z. B. Sprachassistenten im Cockpit oder intelligente Produktionsmaschinen).

• Wirtschaftliche Relevanz:

  • Hardware und Software sind entscheidend für die Wertschöpfung.

  • Sie spielen die Hauptrolle bei der kontinuierlichen Verbesserung von Prozessen und der Produktivität.

  • Informatik sichert die Konkurrenzfähigkeit des Standorts Deutschland.

Aktuelle Trends

• Internet of Things (IoT): Vernetzung physischer Objekte mit dem Internet.

• Industrie 4.0: Digitalisierung der Produktionstechnik.

• Künstliche Intelligenz (KI) / Data:

  • Intelligence ist ein Begriff ohne eindeutige Definition.

  • KI beschreibt Anwendungen zur Imitation menschlichen Verhaltens (nach A.M. Turing, 1950) oder zur Darstellung übermenschlicher Fähigkeiten.

  • Oft wird KI synonym für alles verwendet, was Rechenleistung erfordert.

• Autonomes Fahren: Einer der zentralen Zukunftstrends im Maschinenbau und Fahrzeugbau.

Software Engineering

• Es findet ein gegenseitiger Lernprozess statt: Informatiker adaptieren Methoden der Ingenieure.

• Definition: Software Engineering wird definiert als "Die Entwicklung einer Software nach Prinzipien des Ingenieurwesens" (U. Ray, Daimler AG).

Fragen & Diskussion

• Fragen an die Studierenden:

  • Wofür nutzen Sie das Internet?

  • Wie informieren Sie sich?

  • Wie nutzen Sie Ihre IT-Systeme?

  • Wie hoch ist Ihr jährlicher Stromverbrauch für IT?

  • In welchen Bereichen des Maschinenbaus sehen Sie konkret den Einsatz der Informatik?