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Computational and Mathematical Modeling Program (CAMMP)

What is CAMMP?

CAMMP stands for Computational and Mathematical Modeling Program and is a project of the Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Within the framework of various event formats, students and teachers actively engage in problem solving with the help of mathematical modeling and computer use. These are real problems from everyday life, industry or research.

CAMMP is a project that was developed at RWTH Aachen University (education laboratory CAMMP) and tested for several years. Now it has also been introduced at KIT.

 

Idea
CAMMP (Computational and Mathematical Modeling Program) brings together students and scientists to learn the basics of mathematical modeling using practical examples. The students work on solving challenging real-world problems using mathematical methods and computer simulations. Furthermore they are supported by scientists.

Numerical and mathematical modeling is the application of mathematical tools to solve complex real problems. The applications cover questions from the fields of finance, aerospace, video game design, medical imaging and ecology.

It is an ideal opportunity for those students who are interested in mathematics and computer science and would like to work on problem solving beyond theory. CAMMP gives students an insight into the professional world of mathematicians, computer scientists and engineers.

Source: CAMMP

Within the framework of CAMMP, there are various offers that teachers can take advantage of together with students:

    CAMMP day: Computer-aided Mathematical Modeling day at KIT, Karlsruhe
    CAMMP week: Computer-aided mathematical modeling week in a youth hostel

 

Program goals

CAMMP teaches the handling of mathematical modeling and thus also promotes skills in this field. In addition to and building on the curriculum in schools, working with mathematical modeling comprises the following steps:

  • Translating the colloquially formulated problem into a mathematical problem
  • Solution of the model using existing mathematical knowledge
  • Evaluation and verification of the solution received
  • Interpretation of results and description for the user

Source: CAMMP

By working in groups, the students additionally expand their team skills and learn to use hardware and software tools to solve problems.

Mathematics teachers can also benefit from intensive study of mathematical modelling, because real problems are perceived as very motivating by pupils. In this programme, teachers learn how to integrate complex and application-oriented problems into school lessons in order to encourage pupils to work independently.

By working in groups, the students additionally expand their team skills and learn to use hardware and software tools to solve problems.

Mathematics teachers can also benefit from intensive study of mathematical modelling, because real problems are perceived as very motivating by pupils. In this programme, teachers learn how to integrate complex and application-oriented problems into school lessons in order to encourage pupils to work independently.

 

History
Since 1993, the Technomathematics group of the Technical University of Kaiserslautern has been organizing a Mathematical Modeling week in Rhineland-Palatinate in June or July.

The project week was initiated by Professor Dr. Helmut Neunzert, the former director of the Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM. Events based on this concept have since taken place regularly throughout Germany, Austria and Italy (South Tyrol).

In May 2011 Prof. Dr. Ahmed Ismail1, Dr. Nicole Faber2 and Prof. Dr. Martin Frank3 held the first CAMMP week in Nideggen. In the following year the CAMMP week 2012 in Voeren/Belgium was held with significantly more participants. Since 2012 CAMMP offers one-day CAMMP day projects where classes or courses can learn more about mathematical modelling in one day at RWTH Aachen University. In May 2013 CAMMP officially became a student laboratory and thus belongs to one of the EDULABS of RWTH Aachen University.

In September 2015, co-founder Prof. Dr. Ahmed E. Ismail left the student laboratory because he was offered a professorship in Virginia. In September 2017, Prof. Dr. Martin Frank accepted a call to KIT and, together with Maren Hattebuhr and Kirsten Wohak, established another CAMMP location in Karlsruhe.

1 to August 2015: Chair of Molecular Simulation and Transformation, RWTH Aachen; since September 2015: Research Group Molecular Simulation, West Virginia University.
2 Graduate School AICES, RWTH Aachen University.
3 until August 2017: MathCCES, RWTH Aachen; since September 2017: SCC, KIT.

 

 

Teilnehmende Schülerinnen und Schüler an der CAMMP week powered by Bürgerstiftung ausgewählt

Die Bewerbungs- und Auswahlphase ist nun abgeschlossen. Die Auswahl wurde den Bewerbern mitgeteilt. Dieses Jahr nehmen Schülerinnen und Schüler der folgenden Schulen teil (alphabetisch sortiert):

  • Albert-Schweizer-Schule
  • Goethe-Gymnasium Gaggenau
  • HLA Rastatt
  • Max-Planck-Gymnasium Karlsruhe
  • Robert-Bosch-Gymnasium Langenau
  • Tulla-Gymnasium Rastatt

In den nächsten Wochen erhalten die Teilnehmenden per E-Mail weitere Informationen zum Ablauf.

Auch beim Landeswettbewerb Baden-Württemberg forscht unsere Jugend erfolgreich!

Nach dem erfolgreichen Auftakt bei Jugend forscht im Regionalwettbewerb Mannheim (wir berichteten) erstaunten Boyu und Christian vom 27.-29.03.2019 die Jury mit ihrem anwendungsorientierten und praxisnahem Thema zur Gießgerechten Konstruktion. Für ihre kreative Ideen erhielten sie zwei Sonderpreise. Der Landeswettbewerb Baden-Württemberg fand in der Schwabenlandhalle in Fellbach mit weiteren 64 Projekten statt. Dabei stellten die Jungforscherinnen und -forscher ihre Projekte vor und begeisterten die Jury, eine interessierte Öffentlichkeit und sich gegenseitig mit ihren herausragenden Ergebnissen. Dabei stand weniger der Konkurrenzgedanke im Vordergrund, sondern vielmehr das Bestaunen der Forschungsarbeiten. Für den Landessieg im Bereich Mathematik/Informatik reichte es für unser Schülerteam leider nicht. "Gegen den ersten Platz hätten wir eh keine Chance gehabt. Die machen schon richtig krasse Mathematik!", lobten Boyu und Christian das Siegerteam. Hinter der krassen Mathematik verbergen sich Algorithmen zur Bestimmung der Mindestzugzahl bei dem Spiel "Die Türme von Hanoi" unter einer festgelegten Anzahl an Feldern und Scheiben, sowie Ansätze zur Beweisführung der Algorithmen. Von nun an richten unsere CAMMP-Forscher ihre Neugierde auf ihr Studium aus, dass sie im Oktober beginnen wollen.

2019-03-03

Our Youth Researches Successfully!

On 26 and 27 February, two teams of students from the project Simulated Worlds at Jugend forscht faced the questions of the jury and an interested public and presented the results of their intensive research work.

Die glücklichen Gewinner des Regionalwettbewerbs Jugend forscht. Christian Beitzinger, Boyu Wu, Maren Hattebuhr (Betreuerin), Moritz Müller, Nils Rauscher (v. l.)

Am 26. und 27. Februar stellten sich zwei Schülerteams aus dem Projekt Simulierte Welten bei Jugend forscht[1] den Fragen der Jury und einer interessierten Öffentlichkeit und präsentierten die Ergebnisse ihrer intensiven Forschungsarbeit. Die Forschungsthemen hatten die Schülerteams auf der CAMMP week in Voeren in Belgien kennengelernt und waren nach einer Woche anstrengender Arbeit begeistert in die Schulen zurückgekehrt. „Man hat das Gefühl etwas Sinnvolles mit seinem Wissen zu tun!“, beschrieb Nils Rauscher sein Engagement, das er zusammen mit Moritz Müller, sowie Boyu Wu und Christian Beitzinger im Förderstipendium des Projekts Simulierte Welten betreut von Maren Hattebuhr fortsetzte. Ihre kreativen Ideen wurden bei Jugend forscht gelobt und belohnt. Insgesamt traten fast 100 Schülerinnen und Schüler in sieben verschiedenen Kategorien an.

Gießgerechte Konstruktion

Schon seit langer Zeit werden vielfältigste Produkte durch Gießen hergestellt. Dabei wird flüssiges Metall in eine Form gegossen und abgekühlt. Gerade bei Formen mit großen Wandstärkendifferenzen können Hohlräume entstehen, die die Stabilität des Gusses negativ beeinflussen. Um solche Schwachstellen automatisch erkennen zu können entwickelten Boyu Wu und Christian Beitzinger ein Verfahren, das dem Konstrukteur bereits vor dem Gießen anzeigt, wo die Gussformüberarbeitet werden muss. Zum Testen erhielten die Schüler von der Firma Magma aus Aachen Daten von Gussformen sowie eine Referenzzeit, die die momentan genutzte Software von Magma zur Beurteilung benötigt. Ihre Arbeit reichten die beiden Schüler in der Kategorie Mathematik/Informatik ein. Boyu und Christian wurden mit dem 1. Preis, gestiftet von der Fraunhofer-Gesellschaft, geehrt und dürfen damit nun am Jugend forscht-Landeswettbewerb Baden-Württemberg teilnehmen. „Ihre Idee ist mathematisch sehr pfiffig. Das Projekt ist praxistauglich und spart viel Arbeit beim Experimentieren.“, lobte der Juror Herr Professor Seiler die beiden Schüler. Wir gratulieren zu ihrem Sieg und wünschen ihnen viel Erfolg in der nächsten Auswahlrunde.

Optimale Verladestrategie

Internetshopping ist weit verbreitet. Allein in Deutschland kaufen 68% Privatkunden online ein[2]. Aber auch Firmen, die im Groß- und Sanitärhandel tätig sind, bestellen Produkte bei Großhändlern, die wiederum Speditionen beauftragen, die Waren auszuliefern. Um die Auslieferung möglichst effizient zu gestalten, werden die Transportwege optimiert und einzelne Kundenbestellungen zu Touren zusammengefasst. Aber passt die Ware überhaupt auf einen Lkw? Unter „passen“ versteht man hier nicht nur, dass die Produkte das zulässige Maximalvolumen und -gewicht nicht überschreiten dürfen, sondern auch, dass die sie in der vorgegebenen Auslieferreihenfolge abgeladen werden können ohne andere später auszuliefernde Waren bewegen zu müssen. Erschwert wird dieses Problem dadurch, dass die Produkte nicht beliebig übereinandergestapelt werden dürfen. Bislang werden die Lkw einfach in entgegengesetzter Auslieferungsreihenfolge beladen. Nicht selten wird dabei festgestellt, dass für die Touren mehrere Fahrzeuge benötigt werden. Moritz Müller und Nils Rauscher kamen zu der Überzeugung, dass dies optimiert werden kann. Sie schrieben ein Programm, in die die Daten der Touren eingelesen werden können und innerhalb weniger Sekunden ausgegeben wird, ob diese Tour möglich ist und wie der Lkw bestmöglich beladen werden sollte. Getestet wurde die Effizienz auf Basis echter Daten, die ihnen von der Firma INFORM aus Aachen zur Verfügung gestellt wurden. Die beiden Schüler überzeugten durch ihre kreative Herangehensweise und die Umsetzung. „Das ist ein sehr wichtiges Projekt, was direkt in die Anwendung gehen kann!“, staunte ein Gast, der die beiden Jungforscher am Öffentlichkeitstag kennenlernte. Für ihre Arbeit wurden Moritz und Nils mit dem 2. Preis im Fachgebiet Arbeitswelt geehrt und waren damit das beste Team ihres Fachgebiets. Der Preis wurde vom Bundesministerium für Arbeit und Soziales gestiftet. Wir gratulieren ihnen herzlich!

Kontakt zur Betreuung von „Jugend forscht“-Projekten: Maren Hattebuhr
Autoren: Maren Hattebuhr, Marco Berghoff

 

[1] Im Februar begannen die Wettbewerbe der 54. Runde von Jugend forscht. Die jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler präsentierten ihre Forschungsprojekte zunächst auf 89 Regionalwettbewerben im ganzen Bundesgebiet einer Jury und der Öffentlichkeit. Für die diesjährige Runde von Deutschlands bekanntestem Nachwuchswettbewerb haben sich insgesamt 12150 junge MINT-Talente angemeldet. Auf Regional-, Landes- und Bundesebene werden die Wettbewerbsveranstaltungen von mehr als 150 Unternehmen sowie öffentlichen und privaten Institutionen ausgerichtet. [Quelle: https://www.jugend-forscht.de/presse/pressemitteilungen/archiv/kommende-woche-starten-in-ganz-deutschland-die-wettbewerbe-der-54-runde-von-jugend-forscht.html]

[2] Quelle: Eurostat 2019


Achim Grindler