Wer möchte technisch am Puls der Zeit arbeiten, Supercomputer administrieren, Roboter steuern, virtuelle Welten betreuen, Brennstoffzellen optimieren oder Autocrashs simulieren und hat dabei Spaß an Mathematik? Wer sich nicht sicher ist, ob es gleich ein Studium oder erst eine Ausbildung sein soll, dem bietet das Forschungszentrum Jülich beides im Doppelpack – eine Ausbildung zum/zur Mathematisch-technischen Assistent/in / Informatik (IHK) und ein Bachelor-Studium in Scientific Programming.

Foto: Auszubildende bei der Arbeit

Mathematik ist seit jeher die Sprache, in der Naturwissenschaftler und Ingenieure ihre Modelle für technische Systeme formuliert haben. Solche mathematischen Modelle können ein ganzes System wie zum Beispiel einen Motor, eine ICE-Lokomotive, einen Reaktor, ein Flugzeug oder eine Magnetschwebebahn beschreiben. Mit diesen Modellen kann man Vorgänge simulieren und Vorhersagen treffen, bevor tatsächlich Konstruktionen durchgeführt werden und Kosten anfallen. Unzählige alternative Layouts und Steuerungskonzepte lassen sich mit mathematischen Modellen auf dem Computer miteinander vergleichen.

Zu diesem Berufsfeld gibt es den Einstieg als Mathematisch-technischer Assistent / Informatik (IHK), kurz MaTA. Diese Datenverarbeitungs-Fachkräfte verfügen über eine fundierte mathematische Grundausbildung, womit sie an der Lösung programmier- und datenverarbeitungstechnischer Probleme arbeiten. Mit der Höherqualifikation zum Bachelor in Scientific Programming finden sie sich an der Schnittstelle zwischen Abstraktion und konkreter Anwendung wieder und sind deshalb mit Entwicklungsingenieuren vergleichbar. Sie sind in fast allen Zweigen der Industrie und Wirtschaft tätig, wo komplexe Vorgänge modelliert und berechnet werden müssen, zum Beispiel in Ingenieurbüros, bei Banken und Versicherungen oder in der Automobilindustrie.

Wo Einstein einen Lehrling suchen würde

Spitzenforschung braucht Spitzenmitarbeiterinnen und -mitarbeiter - und damit Ausbildung auf höchstem Niveau. Für das Forschungszentrum Jülich, eines der 15 Helmholtz-Forschungszentren in der Bundesrepublik Deutschland, hat die eigene Ausbildung daher einen hohen Stellenwert. Getreu dem Motto „Zukunft ist unsere Aufgabe“ widmen sich 4300 Mitarbeiter in einer der größten Forschungseinrichtungen in Europa der Erforschung aktueller gesellschaftsrelevanter Themen im Bereich Naturwissenschaft und Technik. Wissenschaftler der Disziplinen Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Ingenieurwissenschaften arbeiten in den Bereichen Materie, Energie, Information, Leben und Umwelt eng zusammen. Langfristige, grundlagenorientierte Beiträge zu Naturwissenschaft und Technik werden ebenso erarbeitet wie konkrete technologische Anwendungen für die Industrie.

Abbildung: Forschungsbereiche in Jülich

Foto: Campus des Forschungszentrums aus der Vogelperspektive

Die Jülicher Börde befindet sich im Dreieck der Großstädte Aachen - Düsseldorf - Köln. Das Forschungszentrum selbst liegt in dieser attraktiven Gegend außerhalb der Stadt Jülich auf einem 2,2 Quadratkilometer großen Gelände im Stetternicher Forst.

Zentralinstitut für Angewandte Mathematik - Kompetenzzentrum für Supercomputing

Das Zentralinstitut für Angewandte Mathematik (ZAM) ist im Forschungszentrum Jülich verantwortlich für die Planung, die Installation und den Einsatz der Supercomputer und der zentralen Serversysteme sowie der Campus-übergreifenden Rechnernetzwerke und Datenkommunikationssysteme.

Foto: Der Supercomputer Jump des Forschungszentrums Jülich

Der Service umfasst alle Dienste eines Rechenzentrums einschließlich Beratung. Forschungs- und Entwicklungsarbeiten leistet das ZAM auf den Gebieten Mathematik, Datenverarbeitung und Informatik. Das Zentralinstitut für Angewandte Mathematik setzt nicht nur in der Forschungslandschaft, sondern auch in der Ausbildung seiner Nachwuchskräfte Akzente. Von hier aus wird die Ausbildung zum mathematisch-technischen Assistenten organisiert und der theoretische Teil durchgeführt.

Ausbildung für kluge Köpfe

Die Ausbildung zum MaTA dauert in der Regel drei Jahre. Während dieser Zeit vermitteln Wissenschaftler und erfahrene mathematisch-technische Assistenten des ZAM sowie Professoren der Fachhochschule Aachen in Vorlesungen, Übungen oder Blockkursen die nötigen Fertigkeiten und Kenntnisse.

Dabei entspricht der Stoff der Mathematikkurse in Analysis und Linearer Algebra etwa den Anforderungen in den Anfangssemestern eines Mathematikstudiums. Eher anwendungsorientiert sind dagegen die Kurse in Numerik und Statistik. Hinzu kommen Informatik- und Programmierkurse unter anderem in UNIX, C, Fortran, C++ und Java. Ebenfalls im Lehrangebot stehen Rechnerorganisation, Datenkommunikation, Software-Engineering und Datenbanken.

Die praktische Ausbildung wird in einem Institut des Forschungszentrums oder in einer Partnerfirma durchlaufen. Hier arbeiten die Auszubildenden in kleinen Arbeitsgruppen mit und können so die Theorie in der Praxis erproben. Jeder Einzelne wird hier während der gesamten Ausbildungszeit von einem kompetenten wissenschaftlich-technischen Mitarbeiter betreut.

Am Ende folgt eine intensive Vorbereitungsphase auf die Prüfung vor der Industrie- und Handelskammer zu Köln. Die Abschlussprüfung besteht aus einer praktischen Programmieraufgabe, schriftlichen Klausuren und einer mündlichen Prüfung in Mathematik, Informatik und zwei Programmiersprachen.

Auf die Frage, was ihm an seiner MaTA-Ausbildung im Forschungszentrum Jülich gefallen hat, meint Oliver Bücker: „In der Ausbildung haben wir MaTAs die verschiedensten Verfahren aus der Mathematik und Informatik kennen gelernt. Während der praktischen Ausbildung in den Instituten des Forschungszentrums konnten wir diese dann selbständig anwenden und neue erlernen. Die Verbindung von Theorie und Praxis macht den Beruf so reizvoll: Aufgaben müssen zunächst theoretisch erfasst und die Lösung dann – z. B. durch die Entwicklung eines Computerprogramms – so realisiert werden, dass auch andere die Erkenntnisse nutzen können.“ Nach dem Studium der Technomathematik arbeitet Oliver Bücker heute im ZAM. Dort entwickelt und administriert er Software und hält Vorlesungen mit Übungen in der MaTA-Ausbildung.

Studium Scientific Programming

Wer sich für das Angebot des dualen Studiums an der Fachhochschule Aachen Abteilung Jülich entschieden hat, kann mit geringem zeitlichem Mehraufwand zusätzlich den Bachelor-Abschluss erwerben, da die Prüfungsleistungen in der Ausbildung Bestandteil des Studiums sind. Diejenigen, die den Hochschulabschluss anstreben, erweitern und vertiefen ihre in der Berufsausbildung erworbenen Kenntnisse durch Wahlpflichtfächer der Hochschule. Auch die Bachelor-Arbeiten werden häufig in den Instituten des Forschungszentrums Jülich betreut.

„Das augenfälligste Ergebnis der Bologna-Reform ist die Umstellung der Studiengänge auf das zweistufige Bachelor-/Master-Studiensystem. Mit dem Bachelor wurde ein international kompatibler Studienabschluss eingeführt, der bereits nach drei Jahren zu einem berufsbefähigenden Hochschulabschluss führen kann. Das Angebot des dualen Studiums an der Fachhochschule Aachen integriert wesentliche Bestandteile der anspruchsvollen Ausbildungsinhalte in das Curriculum des Bachelor-Studiums in Scientific Programming“, äußert sich Professor Sander von der Fachhochschule Aachen. Nach MaTA-Ausbildung und Studium hält Professor Sander heute an der Fachhochschule Vorlesungen im Bereich der Angewandten Informatik.

Der Bachelor-Studiengang löst den bisherigen dualen Diplom-Studiengang Technomathematik ab, der im Jahre 1998 eingeführt und seinerzeit vom Bundesforschungsministerium als „vorbildhafte Ausbildungsinitiative“ für IT-Fachkräfte hervorgehoben wurde. Die Idee dieses Studiums ist es, den Mathematiker als Gesprächspartner des Technikers heranzubilden. Vorrangig geht es dabei im Studium um Modellbildung, Simulation, Optimierung und Visualisierung komplexer technischer oder wirtschaftlicher Vorgänge. Dies erfordert neben weitreichenden Kenntnissen der Angewandten Mathematik und Softwaretechnik gleichzeitig auch ein entsprechendes Verständnis der Natur- und Ingenieurwissenschaften. Daher setzt sich der Pflichtbereich des Studiengangs zu gleichen Teilen aus Fächern der Mathematik wie zum Beispiel Fouriermethoden oder Operations Research und Informatik mit System- und Cluster-Management oder Parallelprogrammierung zusammen. Im Wahlpflichtbereich gibt es ein zusätzliches Angebot an Fächern aus Naturwissenschaft, Technik und fachübergreifenden Anwendungen wie Betriebswirtschaftslehre. Für die Bachelor-Absolventen ist ein konsekutiver Masterstudiengang in Technomathematik in Vorbereitung.

Arbeitsgebiete eines MaTAs

Die zukünftigen IT-Experten sind stets auf hohem Niveau gefordert. Sie müssen fähig sein, sich innerhalb kurzer Zeit und mit hoher Präzision in Probleme einzuarbeiten. Für die interdisziplinär zusammengesetzten Entwicklungsteams sind außerdem soziale Kompetenzen wie Kommunikations- und Teamfähigkeit von großer Bedeutung. Dass die derzeitigen Auszubildenden im Forschungszentrum Jülich schon äußerst anspruchsvolle mathematisch-technische Ideen entwickeln können, zeigen die folgenden Projekte aus der Ausbildung.

Das Institut für Festkörperforschung betreibt Forschung mit Neutronen mit Schwerpunkt Weiche Materie. Weich sind Materialien, die stark auf schwache Kräfte reagieren. Zur Ausrichtung einer Probe im Neutronenstrahl hat Stefan Jongen eine grafische Oberfläche für ein Steuerprogramm entwickelt.

Claudia Frauen arbeitet im Institut für Biotechnologie an einem Projekt, in dem es um die unterschiedliche Diffusion zweier Stoffe in einer Pore geht. Dies wird durch zwei gekoppelte Differentialgleichungen beschrieben. Das Programm von Claudia Frauen simuliert diesen Vorgang.

Bei der Konstruktion und Entwicklung von Bauteilen nutzt man häufig die Finite-Element-Methode. In der Zentralabteilung Technologie hat Anne Meckelholt die mechanische Belastung einer Chopperscheibe mit dem ANSYS-System berechnet und visualisiert.

Im Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre werden Pflanzenwurzeln beobachtet. Hierzu werden die Spitzen der Wurzeln von Kameras verfolgt. Eine schöne Anwendung der Mathematik in der Biologie hat Georg Dreissen entwickelt. Sein Programm berechnet die Koordinaten der Wurzelspitze jeweils neu und richtet die Kamera dementsprechend aus.

Der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen hängt von vielen Parametern ab. Mit Co-Simulationsrechnungen kann man diese Werte optimieren, ohne ständig neue Prototypen zu bauen. Im Institut für Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik hat Andrea Kind eine Co-Simulation von SOFC-Brennstoffzellen mit Simulink erzeugt.

Eine anspruchsvolle Oberflächenprogrammieraufgabe hat Andreas Kleefeld gelöst, mit deren Hilfe die Temperatur im Rechnerraum des Instituts für Festkörperforschung kontrolliert und protokolliert wird. Bei Störfällen werden automatisch die Einstellungen der Klimaanlage modifiziert und die zuständigen Personen informiert.

Mit einer solch qualitativ hochwertigen Ausbildung gerüstet, sind die Berufsaussichten für Mathematisch-technische Assistenten mit Bachelor-Grad ausgesprochen gut. Der Abschluss ermöglicht den Einstieg in zahlreiche attraktive Arbeitsgebiete in den verschiedensten Bereichen wie zum Beispiel Simulation und Optimierung, Produktentwicklung, Statistische Qualitätskontrolle oder Soft- und Hardware-Entwicklung.

Wenn das die richtige Kombination ist…

dann sollten sich Abiturienten mit guten Noten in Mathematik und Englischkenntnissen beim Forschungszentrum Jülich bewerben. Wer außerdem Interesse an der Informationstechnologie und Verständnis für die Zusammenhänge mathematischer Aufgabenstellungen mitbringt und all das in einem Auswahltest und einem Informationsgespräch bewiesen hat, der kann am 1. September jeden Jahres eine Ausbildung im Forschungszentrum Jülich beginnen. Circa 30 Ausbildungsplätze werden vom Forschungszentrum und den Partnerfirmen bereitgestellt.

Anbieter:

Kontaktadressen

Forschungszentrum Jülich GmbH
Zentralinstitut für Angewandte Mathematik (ZAM)
Herr Paul Jansen
52425 Jülich
Tel. (0 24 61) 61-64 30
E-Mail: p.jansen@fz-juelich.de
Internet: www.fz-juelich.de/zam/ausbildung

Fachhochschule Aachen
Abteilung Jülich
Ginsterweg 1
52428 Jülich
Internet: www.fh-aachen.de

Weitere Informationen gibt es auch unter www.ausbildung-mata.de.