Was versteht man unter "Robustheitsmanagement"?

Immer wieder wird auf die notwendige Absicherung der Robustheit hingewiesen. Was versteht man dabei unter dem Begriff "Robustheitsmanagement" genau?

Eine der Gefahren bei der Anwendung von mathematischen Modellen und Verfahren zur System-Optimierung besteht darin, dass man Abstriche in der System-Robustheit erzielt, wenn man es mit der Optimierung zu weit treibt. Optimalität und Funktionalität sind dabei die natürlichen Gegenpole von Robustheit. Der Abgleich von beiden muss daher speziell bei komplexen Systemen dezidiert gemanaged werden (vgl. Was kann schiefgehen bei Optimierung?).

Doch was bedeutet überhaupt "Robustheit"?

Robustheit ist ein allgemeines Konzept zur Beschreibung von Systemeigenschaften, welches in vielen Anwendungsgebieten leicht abgewandelt verwendet wird. Für Robustheit gibt es keine präzise mathematische Definition, wie dies beispielweise bei "Stabilität" der Fall ist.

Aus den vielen existierenden Definitionen der Robustheit, läßt sich etwa folgende Formulierung ableiten, welche hier im Weiteren verwendet werden soll:

"Robustheit ist die Sicherheit gegen unerwartetes Systemverhalten"

Dementsprechend ist Robustheit kontextabhängig und muss für jedes System individuell abgeleitet und beschrieben werden.

Robustheit lässt sich nicht direkt und formell nachweisen und beweisen. Man kann nur aufzeigen, dass ein System gegebenenfalls nicht robust ist. Mathematisch kann sich fehlende Robustheit ausdrücken durch:

• Instabilität bzw. chaotisches Verhalten (bereits kleine Änderungen in den System-Inputs verursachen bereits große Änderungen in den System-Outputs)
• Singularitäten bzw. Ausreisser (einzelne, ganz spezielle Kombinationen der System-Inputs verursachen komplett anderes Verhalten in den System-Outputs)
• Bifurkationen bzw. multimodales Verhalten (kleine oder unbekannte/zufällige Änderungen verursachen unterschiedliche Verhaltensmodi des Systems)

Derartige Kriterien können System-spezifisch in einen Kriterienkatalog zusammengefasst bzw. in ein Expertensystem gepackt werden. Diese dienen dann dazu abzuprüfen, ob sich ein System auch immer erwartungsgemäß verhält.

Als Robustheitsmanagement verstehen wir die Entwicklung, formelle Zusammenstellung, Pflege und Anwendung eines derartigen Kriterienkatalogs bzw. Expertensystems, welcher bei der System-Entwicklung immer begleitend zur System-Absicherung verwendet wird.