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GUM-compliant neural network robustness verification - a Masters thesis
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ludwig10_masters_thesis
GUM-compliant neural network robustness verification - a Masters thesis
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cc45a4d8
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cc45a4d8
authored
2 years ago
by
Björn Ludwig
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24 additions
and
21 deletions
src/internship_report/main.tex
+
24
−
21
View file @
cc45a4d8
...
...
@@ -109,7 +109,7 @@ und hier zusammengetragen.
Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ist das sogenannte nationale
Metrologieinstitut (NMI) Deutschlands.
Als solche ist sie verantwortlich für die Darstellung und die Weitergabe der
Als solche
s
ist sie verantwortlich für die Darstellung und die Weitergabe der
physikalischen Einheiten, aber auch für metrologische Forschung und Dienstleistungen
im Dienste der Wissenschaft, Politik, Wirtschaft und Gesellschaft.
Die Metrologie, die wissenschaftliche Basis des Messens und aller daraus folgenden
...
...
@@ -119,9 +119,9 @@ Die PTB ist eine wissenschaftlich-technische Ressortforschungseinrichtung und
Oberbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz.
In allen Fragen des Messwesens und der Metrologie ist sie die höchste Beraterin der
Bundesregierung.
Als weltweit zweitgrösstes
Metrologieinstitut
, nach dem US-amerikanischen NIST,
geniesst sie
international hohes Ansehen, wenn es darum geht, Einheiten zu erforschen
und präzise
Messungen durchzuführen.
Als weltweit zweitgrösstes
NMI
, nach dem US-amerikanischen NIST,
geniesst sie
international hohes Ansehen, wenn es darum geht, Einheiten zu erforschen
und präzise
Messungen durchzuführen.
Der Großteil ihrer Arbeiten finden an den beiden Hauptstandorten in Berlin und
Braunschweig statt:
...
...
@@ -130,7 +130,7 @@ Braunschweig statt:
\item
Bundesallee 100, 38116 Braunschweig: Der Hauptsitz der PTB befindet sich in
Braunschweig, nordwestlich der Stadt gelegen.
Seit 1947 ist die PTB dort ansässig.
Auf dem
\qty
{
1
}
{
\metre\squared
}
großen Gelände sind etwa 1.700 Mitarbeitende
Auf dem
\qty
{
1
}
{
\
kilo\
metre\squared
}
großen Gelände sind etwa 1.700 Mitarbeitende
in neun Abteilungen beschäftigt, darunter das Präsidium.
\item
Abbestraße 2--12, 10587 Berlin: Das Institut Berlin (IB) ist die
historische Keimzelle der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt (PTR), die 1887
...
...
@@ -138,8 +138,8 @@ Braunschweig statt:
Berlin-Charlottenburg gegründet wurde.
In einer wechselvollen Geschichte wirkten herausragende Persönlichkeiten der
Physik an der PTR
\@
.
Sie wurde 1953 als I
nstitut Berlin
in die zwischenzeitlich in Braunschweig
gegründete PTB
eingegliedert.
Sie wurde 1953 als I
B
in die zwischenzeitlich in Braunschweig
gegründete PTB
eingegliedert.
Heute beherbergt das IB zwei der neun Fachabteilungen.
Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten dort in den Bereichen Temperatur und
Physik mit Synchrotronstrahlung sowie Medizinphysik und Informationstechnik.
...
...
@@ -170,7 +170,6 @@ Synchrotronstrahlung.
Dort werden Präzisionsmessungen und Kalibrierungen im Spektralbereich vom fernen
Infrarot /
\unit
{
\tera\hertz
}
bis zum extremen Ultraviolett angeboten.
\end{itemize}
Kein wissenschaftliches Experiment, kein industrieller Prozess, kein Waren- und
Güterverkehr kommt ohne Quantifizierung aus.
Die Messtechnik und ihr wissenschaftliches Rückgrat, die Metrologie, sind heute fast
...
...
@@ -218,7 +217,6 @@ Konkret arbeitet die PTB unter anderem an den folgenden Aufgaben:
\item
internationale Zusammenarbeit zur Festlegung der physikalisch-technischen
Einheiten.
\end{itemize}
Darüber hinaus ist die PTB im Rahmen der deutschen Entwicklungszusammenarbeit in
zahlreichen Entwicklungs- und Schwellenländern aktiv, um Projekte zum Aufbau einer
lokalen Qualitätsinfrastruktur zu fördern.
...
...
@@ -239,9 +237,9 @@ auch in diesem Bereich ein öffentlich zugängliches Dokument bereitgestellt, um
umfassenden Überblick über ihre geplanten und aktuell laufenden Forschungsvorhaben zu
erhalten.
Die Arbeiten sind darin nach dem Vorbild der weiter oben schon erwähnten
Meterkonvention in sogenannte Themenbereiche gegliedert:
Meterkonvention in
14
sogenannte Themenbereiche gegliedert:
\begin{
itemiz
e}
\begin{
enumerat
e}
\item
Akustik, Ultraschall, Beschleunigung: In diesem Themenbereich werden
metrologische Fragestellungen bearbeitet, die die Darstellung und Weitergabe
dynamischer mechanischer Einheiten zum Inhalt haben.
...
...
@@ -264,7 +262,7 @@ Meterkonvention in sogenannte Themenbereiche gegliedert:
dem gesetzlichen Auftrag gemäß dem EinhZeitG, dem Mess- und Eichgesetz und der
Europäischen Messgeräterichtlinie (MID) 2014/32/EU zur Darstellung, Bewahrung und
Weitergabe der SI-Einheit der Länge, Meter, sowie den daraus abgeleiteten
dimensionellen Messgrößen ergebenden Aufgaben
dimensionellen Messgrößen ergebenden Aufgaben
.
\item
Masse und abgeleitete Größen: In diesem Themenbereich wird – basierend auf
dem EinhZeitG, dem Mess- und Eichgesetz sowie der MID und der Richtlinie für
nicht-selbsttätige Waagen (NAWID) – an der Darstellung und Weitergabe der
...
...
@@ -306,8 +304,7 @@ Meterkonvention in sogenannte Themenbereiche gegliedert:
messtechnisch relevanten Prozessen auf der Nanoskala durchgeführt.
Nanoobjekte sind durch Abmessungen im nanoskaligen Bereich definiert, das heißt von
etwa
\qty
{
1
}
{
\nano\metre
}
bis
\qty
{
100
}
{
\nano\metre
}
in wenigstens einer Dimension.
\end{itemize}
\end{enumerate}
Am 16.03.2021 wurde zu all diesen Aufgaben und Zielen der Arbeiten an der PTB ein
sogenanntes Leitbild zunächst intern und dann auch in diversen Print- und
Onlinemedien präsentiert.
...
...
@@ -358,17 +355,22 @@ Die darunter liegenden Werte sind wie folgt formuliert:
\section
[Meine Aufgaben]
{
Meine Aufgaben während des Praktikums
}
\label
{
sec:meine-aufgaben-während-des-praktikums
}
Während meines Praktikums setzte ich mich intensiv mit dem sogenannten Guide to
the expression of uncertainty in measurement (GUM)~
\citep
{
jcgm
_
evaluation
_
2008
}
auseinander.
Während meines Praktikum war ich im Fachbereich 9.4
\enquote
{
Metrologie für die
digitale Transformation
}
beschäftigt.
Dort durfte ich im Forschungsschwerpunkt
\enquote
{
Metrologie für Sensornetzwerke
}
im
Umfeld erfahrener Wissenschaftler:innen mit vornehmlich mathematischem Hintergrund,
aber auch mit Physiker:innen, Chemiker:innen, Maschinenbauer:innen und
Informationswissenschaftler:innen arbeiten.
Ich selbst setzt mich intensiv mit dem sogenannten
\enquote
{
Guide to the expression of
uncertainty in measurement
}
(GUM)~
\citep
{
jcgm
_
evaluation
_
2008
}
auseinander.
Dabei handelt es sich um das zentrale Dokument, welches international abgestimmt
die Grundlage für das Verständnis von Messunsicherheit in der Metrologie bildet.
Gemeinsam mit dem International Vocabulary of
Metrology~
\citep
{
jcgm
_
international
_
2012
}
enthält d
ieser
alle wichtigen
Metrology~
\citep
{
jcgm
_
international
_
2012
}
enthält d
er GUM
alle wichtigen
Begriffsbestimmungen und teils erläuternde Anmerkungen zur Interpretation und
Anwendung dieser Grundsätze.
Die enorme Bedeutung des GUM ist vor allem in der Formulierung des sogenannten
GUM uncertainty framework begründet.
\enquote
{
GUM uncertainty framework
}
begründet.
Im Kern handelt es sich dabei um die Formulierung des mathematischen Zusammenhangs,
zwischen Messunsicherheiten im Eingang eines Messmodels und der/n Messunsicherheit/en
der durch Messung realisierten Messgröße/n.
...
...
@@ -388,7 +390,7 @@ Beispielinstanzen solcher Netze, um die Ergebnisse quantitativ mit den Ergebniss
Monte Carlo Methode zu vergleichen.
Diese wird nämlich im Supplement 1
\enquote
{
Propagation of distributions
}
des
GUM~
\citep
{
jcgm
_
evaluation
_
2008-1
}
ausführlich diskutiert und als
Referenzmethode vorgestellt
Referenzmethode vorgestellt
.
\section
[Ergebnisse]
{
Ergebnisse
}
\label
{
sec:ergebnisse
}
...
...
@@ -418,9 +420,10 @@ etablierter Methoden und Werkzeuge zur Erstellung und Wartung von komplexen
Softwareprodukten in Zusammenarbeit mit teils internationalen Teams.
Während des Praktikums konnte ich also ein erstes Mal aus meiner Perspektive von der
Implementierung neuer Ideen zur Findung solcher Ideen wechseln.
Der Austausch mit erfahrenen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern am ZIB und an
der PTB in wöchentlichen und anderen regelmäßigen Austauschrunden sowie individuellen
Gesprächen hat dabei vielfach meinen Blick geschärft, welches die relevanten Fragen
Gesprächen
,
hat dabei vielfach meinen Blick geschärft, welches die relevanten Fragen
sind, mit denen ich mich als angehender Wissenschaftler im Feld der
angewandten Mathematik in der Metrologie auseinandersetzen sollte.
...
...
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