Informatik
Refine
Document Type
- Conference proceeding (498)
- Journal article (186)
- Book chapter (48)
- Doctoral Thesis (10)
- Book (3)
- Report (1)
- Working Paper (1)
Has full text
- yes (747) (remove)
Is part of the Bibliography
- yes (747)
Institute
- Informatik (747)
- Technik (2)
Publisher
- Springer (160)
- Hochschule Reutlingen (95)
- IEEE (89)
- Gesellschaft für Informatik e.V (59)
- Elsevier (42)
- Association for Computing Machinery (37)
- IARIA (26)
- RWTH Aachen (14)
- De Gruyter (13)
- SciTePress (11)
Going forward with the requirements of missions to the Moon and further into deep space, the European Space Agency is investigating new methods of astronaut training that can help accelerate learning, increase availability and reduce complexity and cost in comparison to currently used methods. To achieve this, technologies such as virtual reality may be utilized. In this paper, an investigation into the benefits of using virtual reality as a means for extravehicular activity training in comparison to conventional training methods, such as neutral buoyancy pools is given. To help determine the requirements and current uses of virtual reality for extravehicular activity training first hand tests of currently available software as well as expert interviews are utilized. With this knowledge a concept is developed that may be used to further advance training methods in virtual reality. The resulting concept is used as a basis for development of a prototype to showcase user interactions and locomotion in microgravity simulations.
Ein nicht unerheblicher Anteil der Autounfälle ist auf Müdigkeit am Steuer zurückzuführen. Um Unfälle aufgrund von Müdigkeit zu vermeiden, existieren schon einige Ansätze wie beispielsweise die Erkennung der Fahrweise. Im Rahmen des IOT-Labors des Masterstudiengangs Human Centered Computing der Hochschule Reutlingen sollen verschiedene Fahrassistenzsysteme entwickelt und getestet werden, um Unfälle aufgrund von Müdigkeit zu verhindern. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Müdigkeitserkennung über Computer Vision (CV) und das Elektrokardiogramm (EKG). Im Rahmen dieses Papers wird die Müdigkeitserkennung über CV am Steuer mittels den Open Source Bibliotheken OpenCV und Dlib und dem Embedded PC Nvidia Jetson Nano verwirklicht. Die Müdigkeit über EKG wird über den Herzschlag und die Herzfrequenzvariabilität erkannt. Ebenfalls wurde in dieser Arbeit eine Schnittstelle aus CV und EKG entwickelt, um aus den Python-Skripten der Müdigkeitserkennung über Computer Vision und der Müdigkeitserkennung über EKG die zur Erkennung wichtigen Daten zusammenzufassen. Diese werden anschließend zu einem gesamten Ergebnis ausgewertet.
In dieser Arbeit werden drei verschiedene Testumgebungen vorgestellt, welche in ein iteratives Vorgehen einfließen, um die Entwicklung von Augmented-Reality-Anwendungen zur Darstellung von autonomen Fahrfunktionen zu unterstützen.
Gestaltungsentwürfe und Softwareentwicklungen können in den Testumgebungen für unterschiedliche Zielsetzungen von Personenbefragungen vorgestellt und bewertet werden. Das entwicklungsbegleitende Testen ermöglicht eine frühzeitige Identifizierung von Änderungshinweisen, welche für einen gültigen Lösungsentwurf eingearbeitet werden können. Die entwickelten Testumgebungen sind ein verkleinertes Modell, ein Fahrsimulator und ein reales Fahrzeug. Eigenschaften, Funktionen und Aufbauten resultieren aus Erkenntnissen der Literatur und Erfahrungen aus ersten Entwicklungen. Diese und die Einsatzmöglichkeiten werden mit dieser Arbeit aufgezeigt.
In dieser Ausarbeitung wird auf Visualisierungsmöglichkeiten von neuronalen Netzen eingegangen. Ein neuronales Netz scheint zuerst nicht von außen einsehbar und ist somit für viele eine Blackbox. Häufig genutzte Python-Bibliotheken, zum Beispiel TensorFlow, werden vorgestellt und deren Stärken wie auch Schwächen präsentiert. Anhand dieser werden bereits bestehende Visualisierungen gezeigt und ihr derzeitiger Einsatz wird erläutert. Durch einen Vergleich soll ersichtlich werden, welche Bibliothek am meisten Daten während des Trainings liefert, damit diese Informationen weiter verarbeitet werden. Diese Daten sollen so visualisiert werden, dass sie bei der Entwicklung eines neuronalen Netzes unterstützend sind. Ziel ist es, auf die Möglichkeiten einzugehen, welche geboten werden können. Durch eine Vereinfachung des Debuggings neuronaler Netze sollen weiterführende Entwicklungen in diese Richtung unterstützt werden.
Detecting semantic similarities between sentences is still a challenge today due to the ambiguity of natural languages. In this work, we propose a simple approach to identifying semantically similar questions by combining the strengths of word embeddings and Convolutional Neural Networks (CNNs). In addition, we demonstrate how the cosine similarity metric can be used to effectively compare feature vectors. Our network is trained on the Quora dataset, which contains over 400k question pairs. We experiment with different embedding approaches such as Word2Vec, Fasttext, and Doc2Vec and investigate the effects these approaches have on model performance. Our model achieves competitive results on the Quora dataset and complements the well-established evidence that CNNs can be utilized for paraphrase recognition tasks.
Die Entwicklung eines Medizinproduktes benötigt in der Regel mehrere Jahre. Gesetzliche Vorgaben, wie zum Beispiel das Medizinprodukte Durchführungsgesetz, bestimmen, welche Schritte während der Entwicklung durchgeführt werden müssen. Deren Einhaltung muss in der technischen Dokumentation nachgewiesen werden. Die darin enthaltenen technischen Dokumente entstehen im Verlauf der Entwicklung. Diese bauen aufeinander auf und verweisen sich gegenseitig. Dadurch entstehen heterogene und unübersichtliche Strukturen. Eine Lösung für dieses Problem bietet Traceability. Traceability sorgt dafür, dass die Anforderungen an das Medizinprodukt mit Dokumenten, wie dem Anforderungskatalog, Lastenheft oder der Spezifikation verknüpft werden können. Somit ist jederzeit nachvollziehbar, welche Anforderungen mit welchem Test, welchen Änderungen oder welchen Ergebnissen zusammenhängen. Ein wichtiger Prozess bei der Entwicklung von Medizinprodukten ist zudem das Usability Engineering, wodurch die Sicherheit eines Medizinprodukts sichergestellt und Risiken bei der Anwendung minimiert werden sollen. In diesem Prozess entstehen viele Artefakte, wie zum Beispiel Usability-Berichte. Um den Überblick über alle Usability-Daten behalten zu können, können diese mithilfe von Traceability verknüpft werden. In diesem Artikel wird herausgestellt, welche Voraussetzungen für das Usability Engineering in der Medizintechnik an Traceability gestellt
werden.
Requirements Engineering (RE) umfasst sämtliche systematische Schritte zur Entwicklung eines Systems, um die Bedürfnisse der Nutzer und Vorgaben, die an dieses gestellt werden, zu erfüllen. Das RE eines ausgewählten Herstellers für klinische Informationssysteme (KIS) wurde untersucht und es stellt sich als intransparent als auch teilweise unzureichend dar. Das Ausmaß des Einsatzes von systematischen Vorgehensweisen und Methoden zum RE wurden beim ausgewählten KIS-Hersteller analysiert. Die Analyse zeigt, dass RE weit verbreitet ist, aber differenziert betrieben wird.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Stand der Technik des RE für die KIS Entwicklung zu ermitteln. Es werden wichtige Faktoren des RE für die Entwicklung von KIS beschrieben. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden als erster Schritt für die Optimierung des RE des ausgewählten KIS-Herstellers dienen.
Medizinprodukte sind Gegenstände, Stoffe oder Software mit medizinischer Zweckbestimmung für die Anwendung am Menschen. Diese werden von Medizinprodukteherstellern entwickelt und auf den Markt eingeführt. Da die falsche Anwendung von Medizinprodukten bei Menschen zu Verletzbarkeit des menschlichen Körpers führen kann, ist eine angemessene Qualität der Medizinprodukte zu gewährtleisten. Um die Sicherstellung der Qualität einzuhalten, sind Medizinproduktehersteller verpflichtet, sich an die Medizinprodukteverordnung (MDR) zu halten. Für risikoreiche Produkte ist ergänzend die Nutzung eines Qualitätsmanagementsystems (QMS) verpflichtend. Dieses steuert die Struktur, Verantwortlichkeiten, Verfahren und Prozesse des Unternehmens, die für die Medizinprodukteentwicklung notwendig sind. In Zeiten der Digitalisierung werden Softwarelösungen eingesetzt, um die zeitaufwendigen Dokumentations- und Administrationstätigkeiten im QMS zu reduzieren und die Prozesse zu optimieren. Mit der Einführung einer Software wird ein QMS in der Praxis auch als elektronisches QMS (eQMS) bezeichnet. Weiterhin muss das gesamte QMS mit den Regularien konform sein. Deshalb ist das Ziel dieser Arbeit, mithilfe der regulatorischen Anforderungen herauszuarbeiten, welche Vorgaben bei der Einführung eines eQMS zu beachten sind und wie diese erfüllt werden können. Diese Arbeit bezieht sich auf die regulatorsichen Vorgaben aus der MDR und der ISO 13485. Die Norm beinhaltet Anforderungen an ein QMS von Medizinprodukten.
In Zusammenarbeit mit dem Medizinproduktehersteller ulrich medical wird eine User Experience und Usability Studie an der Software der im Moment eingesetzten Kontrastmittelinjektoren durchgeführt. Das Unternehmen möchte eine neue Variante eines Kontrastmittelinjektors entwickeln, der als Basis eine verbesserte Version dieser Softwares enthält. Benutzerstudien können mit den unterschiedlichsten Methoden durchgeführt werden. Das geeignete Vorgehen muss definiert und die Testpersonen in Bezug zur eingesetzten Methode ermittelt werden. Bei Medizinprodukten muss zusätzlich auf strikte Auflagen in Normen und Gesetzen geachtet werden. Die Grundlage zur Methodenauswahl bildet eine Recherche zu Usability und User Experience Vorgaben für Medizinprodukte. Die Studie wird anhand quantitativer Daten eines Usability Tests im Labor, Fragebögen zur User Experience und qualitativen Post Test- Interviews evaluiert. In erster Linie dient diese Studie der Ermittlung von möglichen Verbesserungen, welche in der darauf folgenden Masterthesis vertieft und umgesetzt werden.
The field of breath analysis has developed to be of growing interest in medical diagnosis and patient monitoring. The main advantages are that it’s noninvasive, painless and repeatable in flexible cycles. Even though breath analysis is being researched for a couple of decades there are still many unanswered questions. Human breath contains volatile organic compounds which are emitted from inside the body. Some of these compounds can be assigned to specific sources, such as inflammation or cancer, but also to non health related origins. This paper gives an overview of breath analysis for the purpose of disease diagnosis and health monitoring. Therefore, literature regarding breath analysis in the medical field has been analyzed, from its early stages to the present. As a result, this paper gives an outline of the topic of breath analysis.
Haptisches Feedback ist nach zahlreichen Studien ein wichtiger Bestandteil in der medizinischen Robotik. Die meisten Systeme befinden sich jedoch noch im Forschungsstatus und verfolgen unterschiedliche Ansätze. In der Teleoperation wird mit sensorlosen und Sensor-Systemen geforscht. Sensoren bieten, im Gegensatz zu den Encodern in sensorlosen Systemen, genaue Messungen, sind allerdings teuer in der Anschaffung, schwer zu desinfizieren und müssen in OP-Besteck integriert werden. In Hands-On Systemen fühlt der Operateur im Gegensatz zu Teleoperationssystemen direkt die auftretenden Kräfte bei der Benutzung. Der Roboter bietet in diesen Systemen nur die benötigte Stabilität und Genauigkeit, gesteuert werden sie direkt durch den Menschen. Dagegen werden in Teleoperationssystemen gezielte Controller eingesetzt. Hier hat sich der für den OP entwickelte sigma.7 durchgesetzt. Gegenüber der für die Allgemeinheit entwickelten Konkurrenz bietet er haptisches Feedback in allen nötigen Freiheitsgraden und eine entsprechende Kraftrückkoppelung.
In der Kryochirurgie wird Kälte verwendet, um tumoröses Gewebe abzutöten. Dazu werden Kryosonden in den Tumor gestochen und stark abgekühlt. Hierbei gibt es verschiedene Herausforderungen, welchen computergestützt begegnet werden kann. Diese Arbeit gibt die Ergebnisse einer Literaturrecherche zu den Herausforderungen wieder. Die vorgestellten Arbeiten beschäftigten sich mit der Simulation des im Tumor entstehenden Eisballs, dem korrekten Positionieren der Kryosonden im Tumor, dem Überwachen des Eingriffs sowie dem Entwickeln von Simulationen für Trainingszwecke. Dabei zeigt sich, dass der Einsatz von computergestützten Lösungen die Kryochirurgie für Operateur und Patient verbessern kann.
Anhaltend erlebt die Künstliche Intelligenz (KI) eine Renaissance in vielen Branchen. Der Trend, komplexe Zusammenhänge in Daten zu erfassen und zu nutzen, hält an. Hierbei ist jedoch der Grundgedanke des Maschinellen Lernens basierend auf empirischen Daten nicht neu. Es bleibt nach wie vor die Herausforderung, erst ein oft auch interdisziplinäres Verständnis von komplexen Zusammenhängen für verschiedenste Anwendungs-Domänen zu gewinnen, um zum Beispiel KI sinnvoll zum Einsatz zu bringen. Als Besucher der Konferenz erwarten Sie Beiträge aus den unterschiedlichsten Bereichen. Hierzu gehören zum Beispiel Müdigkeitserkennungssysteme im Automobil, ein Tastsinn auch für Roboter, aber auch neue Ansätze zur Erzeugung und Nutzung von Virtuellen Realitäten für die Erprobung des autonomen Fahrens bis hin zur Simulation von Außenboardeinsätzen in der Raumfahrt.
In Folge der gegenwärtigen Digitalisierung in der produzierenden Industrie werden Anwendungen oder Services mit potentiell positiven Auswirkungen auf Faktoren wie Effektivität und Arbeitsqualität entwickelt. Ein geeigneter Ansatz zur Stärkung motivierender Aspekte im Arbeitskontext kann Gamification darstellen. In dieser Arbeit ist die initiale Konzeption und Evaluation eines Gamification-Ansatzes für Anwender eines KI-Service zur Maschinenoptimierung dargestellt und möglichen Anforderungen an ein Konzept zur Motivationssteigerung extrahiert.
In dieser Ausarbeitung wird eine zeitliche Vorhersage von Erdbeben getroffen. Hierfür werden mit einem Datensatz aus Labor-Erdbeben Convolutional Neural Networks (CNN) trainiert. Die trainierten Netzwerke geben Vorhersagen, indem sie einen Input an seismischen Daten klassifizieren. Durch das Klassifizieren kann das CNN die zeitliche Entfernung zum nächsten Erdbeben vorhersagen. Es werden hierfür zwei Ansätze miteinander verglichen. Beim ersten Ansatz werden die Originaldaten in ein CNN gegeben. Beim zweiten Ansatz wird vor dem CNN eine Vorverarbeitung der Daten mit den Mel Frequency Cepstral Coefficients (MFCC) durchgeführt. Es zeigt sich, dass mit beiden Ansätzen eine gute Klassifikation möglich ist. Die Kombination aus MFCC und CNN liefert die besseren quantitativen Ergebnisse. Hierbei konnte eine Genauigkeit von 65 % erreicht werden.
Semi-automated image data labelling using AprilTags as a pre-processing step for machine learning
(2019)
Data labelling is a pre-processing step to prepare data for machine learning. There are many ways to collect and prepare this data, but these are usually associated with a greater effort. This paper presents an approach to semi-automated image data labelling using AprilTags. The AprilTags attached to the object, which contain a unique ID, make it possible to link the object surfaces to a particular class. This approach will be implemented and used to label data of a stackable box.
The data is evaluated by training a You Only Look Once (YOLO) net, with a subsequent evaluation of the detection results. These results show that the semi-automatically collected and labelled data can certainly be used for machine learning. However, if concise features of an object surface are covered by the AprilTag, there is a risk that the concerned class will not be recognized. It can be assumed that the labelled data can not only be used for YOLO, but also for other machine learning approaches.
Bereits zum elften Mal findet nun die Studierendenkonferenz Informatics Inside statt. Als Teil des Masterstudiengangs Human-Centered Computing organisieren Masterstudierende selbständig eine vollumfängliche wissenschaftliche Konferenz. Die Informatik ist nach wie vor ständigem Wandel unterworfen. Unsere Studierenden tragen diesem Wandel bei, indem sie in ihrer wissenschaftllichen Vertiefung aktuelle Problemstellungen durch innovative Konzepte lösen. Inzwischen ist die Informatik aber auch nicht immer sofort sichtbar. Das merken wir immer dann, wenn etwas nicht wie vorgesehen funktioniert. Das diesjährige Motto der Informatics Inside ist experience (IT);, verdeckt als Funktionsaufruf:).
Serverless computing is an emerging cloud computing paradigm with the goal of freeing developers from resource management issues. As of today, serverless computing platforms are mainly used to process computations triggered by events or user requests that can be executed independently of each other. These workloads benefit from on-demand and elastic compute resources as well as per-function billing. However, it is still an open research question to which extent parallel applications, which comprise most often complex coordination and communication patterns, can benefit from serverless computing.
In this paper, we introduce serverless skeletons for parallel cloud programming to free developers from both parallelism and resource management issues. In particular, we investigate on the well known and widely used farm skeleton, which supports the implementation of a wide range of applications. To evaluate our concepts, we present a prototypical development and runtime framework and implement two applications based on our framework: Numerical integration and hyperparameter optimization - a commonly applied technique in machine learning. We report on performance measurements for both applications and discuss
the usefulness of our approach.
Continuous refactoring is necessary to maintain source code quality and to cope with technical debt. Since manual refactoring is inefficient and error prone, various solutions for automated refactoring have been proposed in the past. However, empirical studies have shown that these solutions are not widely accepted by software developers and most refactorings are still performed manually. For example, developers reported that refactoring tools should support functionality for reviewing changes. They also criticized that introducing such tools would require substantial effort for configuration and integration into the current development environment.
In this paper, we present our work towards the Refactoring-Bot, an autonomous bot that integrates into the team like a human developer via the existing version control platform. The bot automatically performs refactorings to resolve code smells and presents the changes to a developer for asynchronous review via pull requests. This way, developers are not interrupted in their workflow and can review the changes at any time with familiar tools. Proposed refactorings can then be integrated into the code base via the push of a button. We elaborate on our vision, discuss design decisions, describe the current state of development, and give an outlook on planned development and research activities.
To remain competitive in a fast changing environment, many companies started to migrate their legacy applications towards a Microservices architecture. Such extensive migration processes require careful planning and consideration of implications and challenges likewise. In this regard, hands-on experiences from industry practice are still rare. To fill this gap in scientific literature, we contribute a qualitative study on intentions, strategies, and challenges in the context of migrations to Microservices. We investigated the migration process of 14 systems across different domains and sizes by conducting 16 in-depth interviews with software professionals from 10 companies. Along with a summary of the most important findings, we present a separate discussion of each case. As primary migration drivers, maintainability and scalability were identified. Due to the high complexity of their legacy systems, most companies preferred a rewrite using current technologies over splitting up existing code bases. This was often caused by the absence of a suitable decomposition approach. As such, finding the right service cut was a major technical challenge, next to building the necessary expertise with new technologies. Organizational challenges were especially related to large, traditional companies that simultaneously established agile processes. Initiating a mindset change and ensuring smooth collaboration between teams were crucial for them. Future research on the evolution of software systems can in particular profit from the individual cases presented.
While Microservices promise several beneficial characteristics for sustainable long-term software evolution, little empirical research covers what concrete activities industry applies for the evolvability assurance of Microservices and how technical debt is handled in such systems. Since insights into the current state of practice are very important for researchers, we performed a qualitative interview study to explore applied evolvability assurance processes, the usage of tools, metrics, and patterns, as well as participants’ reflections on the topic. In 17 semi-structured interviews, we discussed 14 different Microservice-based systems with software professionals from 10 companies and how the sustainable evolution of these systems was ensured. Interview transcripts were analyzed with a detailed coding system and the constant comparison method.
We found that especially systems for external customers relied on central governance for the assurance. Participants saw guidelines like architectural principles as important to ensure a base consistency for evolvability. Interviewees also valued manual activities like code review, even though automation and tool support was described as very important. Source code quality was the primary target for the usage of tools and metrics. Despite most reported issues being related to Architectural Technical Debt (ATD), our participants did not apply any architectural or service-oriented tools and metrics. While participants generally saw their Microservices as evolvable, service cutting and finding an appropriate service granularity with low coupling and high cohesion were reported as challenging. Future Microservices research in the areas of evolution and technical debt should take these findings and industry sentiments into account.
Small and Medium Enterprises (SMEs) which play substantial role in the development of any economy have been on the rise in the recent periods. Consequently, these enterprises are faced with a myriad of challenges which could potentially be solved through adoption of technology. Nonetheless, it has been observed that the new technological uptake among SMEs remains limited with the majority of them opting to maintain the status quo with regards to technology awareness and innovation strategies.
In a literature review, this paper explores three major dynamics curtailing adoption of new technologies by SMEs in the manufacturing: Knowledge absorptive capacity and management factors, organisational structures as well as technological awareness. Firstly, with regards to knowledge absorptive capacity and management factors, this study shows how these factors drive innovation potentials in SMEs.
Secondly, with regards to technological awareness factors, this study documents how perceived usefulness, costs, network and infrastructure, education and skills, training and attitude as well as knowledge influence adoption of new technologies among SMEs in the world. Lastly, the study concludes by analysing how organisational structures drive innovation potentials of SMEs in the wake of swift and profound technological changes in the market.
The relevance of technology knowledge in digital transformation especially in small and mediumsized enterprises (SMEs) that are still largely dependent on physical human capital has become increasingly obvious. This is due to the rapid revolution in business environment coupled with increased living examples of firms disrupted by advancement in technological knowledge. Consequently, we find it progressively vital for SMEs to spot and mitigate both threats and take advantage of opportunities arising from digital transformation dynamism.
Our study aims at exploring the relevance of technology knowledge in SMEs for digital transformation to uncover the opportunities, roadmaps, and models that SMEs can take advantage of in the digital transformation and gain a competitive edge.
We conclude that irrespective relevance of technology knowledge for digital transformation coupled with its low costs and accessibility, SMEs are yet to realize the full potential of technological knowledge. This is mainly due to technologies appearing, changing and also vanishing so rapidly in the digital age, that gaining proper understanding without dedicated resources is utterly difficult for SMEs - making them less competitive as incumbent large firms in the market.
In a time of upheaval and digitalization, new business models for companies play an important role. Decentralized power generation and energy efficiency indicators to achieve climate goals and to reduce global warming are currently forcing energy companies to develop new business models. In recent years, many methods of business model development have been introduced to create new business ideas. But what are the obstacles in implementing these business models in the energy sector to develop new business opportunities? And what challenges do companies face in this respect? To answer this question, a systematic literature review was conducted in this paper. As a result, eight categories were identified which summarise the main barriers for the implementation of new business models in the energy domain.
We introduce IPA-IDX – an approach to handle index modifications modern storage technologies (NVM, Flash) as physical in-place appends, using simplified physiological log records. IPA-IDX provides similar performance and longevity advantages for indexes as basic IPA [5] does for tables. The selective application of IPA-IDX and basic IPA to certain regions and objects, lowers the GC overhead by over 60%, while keeping the total space overhead to 2%. The combined effect of IPA and IPA-IDX increases performance by 28%.
Multi-dimensional patient data, such as time varying volume data, data of different imaging modalities, surface segmentations etc. are of growing importance in the clinical routine. For many use cases, it is of major importance to replicate a certain visualization of a data set created on one machine on a different computer using different software tools. Up until now, there exists no standardized methodology for this consistent presentation. We propose an extension of the Digital Imaging und Communications in Medicine (DICOM) called “Multi dimensional Presentation State” and outline scope and first results of the standardization process.
Workflow driven support systems in the peri-operative area have the potential to optimize clinical processes and to allow new situation-adaptive support systems. We started to develop a workflow management system supporting all involved actors in the operating theatre with the goal to synchronize the tasks of the different stakeholders by giving relevant information to the right team members. Using the OMG standards BPMN, CMMN and DMN gives us the opportunity to bring established methods from other industries into the medical field. The system shows each addressed actor their information in the right place at the right time to make sure every member can execute their task in time to ensure a smooth workflow. The system has the overall view of all tasks. Accordingly, a workflow management system including the Camunda BPM workflow engine to run the models, and a middleware to connect different systems to the workflow engine and some graphical user interfaces to show necessary information or to interact with the system are used. The complete pipeline is implemented with a RESTful web service. The system is designed to include different systems like hospital information system (HIS) via the RESTful web service very easily and without loss of data. The first prototype is implemented and will be expanded.
In this paper, an approach is introduced how reinforcement learning can be used to achieve interoperability between heterogeneous Internet of Things (IoT) components. More specifically, we model an HTTP REST service as a Markov Decision Process and adapt Q-Learning to the properties of REST so that an agent in the role of an HTTP REST client can learn the semantics of the service and, especially an optimal sequence of service calls to achieve an application specific goal. With our approach, we want to open up and facilitate a discussion in the community, as we see the key for achieving interoperability in IoT by the utilization of artificial intelligence techniques.
Interoperability is an important topic in the Internet of Things (IoT), because this domain incorporates diverse and heterogeneous objects, communication protocols and data formats. Many models and classification schemes have been proposed to make the degree of interoperability measurable - however only on the basis of a hierarchical scale. In the course of this paper we introduce a novel approach to measure the degree of interoperability using a metric scaled quantity. We consider IoT as a distributed system, where interoperable objects exchange messages with each other. Under this premise, we interpret messages as operation calls and formalize this view as a causal model. The analysis of this model enables us to quantify the interoperable behavior of communicating objects.
Potentials of smart contracts-based disintermediation in additive manufacturing supply chains
(2019)
We investigate which potentials are created by using smart contracts for disintermediation in supply chains for additive manufacturing. Using a qualitative, critical realist research approach, we analyzed three case studies with companies active in additive manufactures. Based on interviews with experts from these companies, we could identify eight key requirements for disintermediation and associate four potentials of smart contracts-based disintermediation.
Artefaktkorrektur und verfeinerte Metriken für ein EEG-basiertes System zur Müdigkeitserkennung
(2019)
Fragestellung: Müdigkeit ist ein oft unterschätztes, aber dennoch großes Problem im Straßenverkehr. Von rund 2,5 Mio. Verkehrsunfällen 2015 in Deutschland, waren 2898 Unfälle, mit insgesamt 59 Toten (~1,7 % der Todesfälle), auf Übermüdung zurückzuführen. Schätzungen gehen von einer Dunkelziffer von bis zu 20 % aus. In einer ersten eigenen Studie wurde überprüft, ob ein mobiles EEG in einem Fahrsimulator Müdigkeitszustände zuverlässig erkennen kann. Die Erkennungsrate lag lediglich bei 61 %. Ziel dieser Arbeit ist, das verwendete Messsystem zu verbessern. Dazu wird die Genauigkeit durch eine Artefaktkorrektur und mit Hilfe von verfeinerten Qualitätsmetriken erhöht. Eine erkannte Übermüdung wird dem Fahrer dann in angemessener Weise angezeigt, so dass er entsprechend reagieren kann.
Patienten und Methoden: Die Independent Component Analysis (ICA) ist ein multivariates Verfahren, um mehrere Zufallsvariablen zu analysieren. Für die Entscheidung, ob ein Fahrer gerade müde oder wach ist, wird der erstellte Merkmalsvektor für jede Sequenz mit ICA klassifiziert. Dafür wird ein trainierter Machine-Learning-Algorithmus eingesetzt, der in der Lage ist, auch unbekannte Datensätze in Klassen einzuteilen. Um die benötigten Frequenzwerte zu erhalten, wurde für jeden EEG-Kanal eine Fourier Transformation durchgeführt. Der erstellte Merkmalsvektor wird im nächsten Schritt durch ein Künstliches Neuronales Netz klassifiziert. Für das Training werden vorab erstellte Merkmalsvektoren mit den Klassen „Wach“ und „Müde“ versehen. Diese Daten werden zufällig gemischt und im Verhältnis 2:1 in eine Trainings- und Testmenge geteilt. Das Experiment wurde mit acht Personen mit jeweils zweimal 45 min Testfahrt durchgeführt.
Ergebnisse: Der komplette Datensatz besteht aus 150.000 Signalwerten, welche zu ca. 7000 Sequenzen zusammengefasst werden. Durch die Anwendung der Qualitätsmetrik bleiben 4370 Sequenzen für das Training übrig. Bei invaliden Sequenzen aufgrund von EEG-Artefakten gibt es deutliche Unterschiede. Im „Wach“ Zustand werden dreimal so viele Sequenzen verworfen als im „Müde“ Zustand. Insgesamt werden bei wachen Probanden im Schnitt ca. 50 % der Sequenzen verworfen, bei Müden lediglich 25 %. Im Durchschnitt erreicht das System eine Erkennungsrate von 73 % für beide Zustände. Vergleicht man nun das Verhältnis von „Wach“ und „Müde“ und lässt „Leichte Müdigkeit“ außen vor, liegen die Ergebnisse bei über 90 %.
Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse zeigen, dass die Aufmerksamkeit während des Experiments abnimmt bzw. die Müdigkeit zunimmt. Dies verdeutlichen zum einen subjektive und objektive Beobachtungen von Müdigkeitsanzeichen. Zum anderen lassen sich messbare und klassifizierbare Unterschiede im EEG Signal nachweisen. Die als Merkmale eingesetzten Theta-Wellen zeigten eine niedrigere Amplitude gegen Ende des Experiments. Die Erweiterung der binären Klassifizierung führt zu einer weiteren Stabilisierung der Ergebnisse. Artefaktkorrektur und Qualitätsmetriken steigern die Güte der Daten weiter. Die entwickelte Anwendung zur Müdigkeitserkennung ermittelt messbare Zeichen von Müdigkeit und kann eine gute Entscheidung über die Fahrtauglichkeit treffen.
Among the multitude of software development processes available, hardly any is used by the book. Regardless of company size or industry sector, a majority of project teams and companies use customized processes that combine different development methods— so-called hybrid development methods. Even though such hybrid development methods are highly individualized, a common understanding of how to systematically construct synergetic practices is missing. In this paper, we make a first step towards devising such guidelines. Grounded in 1,467 data points from a large-scale online survey among practitioners, we study the current state of practice in process use to answer the question: What are hybrid development methods made of? Our findings reveal that only eight methods and few practices build the core of modern software development. This small set allows for statistically constructing hybrid development methods. Using an 85% agreement level in the participants’ selections, we provide two examples illustrating how hybrid development methods are characterized by the practices they are made of. Our evidence-based analysis approach lays the foundation for devising hybrid development methods.
Context: Organizations are increasingly challenged by high market dynamics, rapidly evolving technologies and shifting user expectations. In consequence, many organizations are struggling with their ability to provide reliable product roadmaps by applying traditional roadmapping approaches. Currently, many companies are seeking opportunities to improve their product roadmapping practices and strive for new roadmapping approaches. A typical first step towards advancing the roadmapping capabilities of an organization is to assess the current situation. Therefore, the so-called maturity model DEEP for assessing the product roadmapping capabilities of companies operating in dynamic and uncertain environments has been developed and published by the authors.
Objective: The aim of this article is to conduct an initial validation of the DEEP model in order to understand its applicability better and to see if important concepts are missing. In addition, the aim of this article is to evolve the model based on the findings from the initial validation.
Method: The model has been given to practitioners such as product managers with the request to perform a self-assessment of the current product roadmapping practices in their company. Afterwards, interviews with each participant have been conducted in order to gain insights.
Results: The initial validation revealed that some of the stages of the model need to be rearranged and minor usability issues were found. The overall structure of the model was well received. The study resulted in the development of the version 1.1 of the DEEP product roadmap maturity model which is also presented in this article.
Through increasing market dynamics, rapidly evolving technologies and shifting user expectations coupled with the adoption of lean and agile practices, companies are struggling with their ability to provide reliable product roadmaps by applying traditional approaches. Currently, most companies are seeking opportunities to improve their product roadmapping practices. As a first challenge they have to assess their current product roadmapping capabilities in order to better understand how to improve their practices and how to switch to a new approach. The aim of this article is to provide an initial maturity model for product roadmapping practices that is especially suited for assessing the roadmapping capabilities of companies operating in dynamic and uncertain market environments. Based on interviews with 15 experts from 13 various companies the current state of practice regarding product roadmapping was identified. Afterwards, the model development was conducted in the context of expert workshops with the Robert Bosch GmbH and researchers. The study results in the so-called DEEP 1.0 product roadmap maturity model which allows companies to conduct a self assessment of their product roadmapping practice.
Context: Organizations are increasingly challenged by dynamic and technical market environments. Traditional product roadmapping practices such as detailed and fixed long-term planning typically fail in such environments. Therefore, companies are actively seeking ways to improve their product roadmapping approach. Goal: This paper aims at identifying problems and challenges with respect to product roadmapping. In addition, it aims at understanding how companies succeed in improving their roadmapping practices in their respective company contexts. The study focuses on mid-sized and large companies developing software-intensive products in dynamic and technical market environments. Method: We conducted semi structured expert interviews with 15 experts from 13 German companies and conducted a thematic data analysis. Results: The analysis showed that a significant number of companies is still struggling with traditional feature based product-roadmapping and opinion based prioritization of features. The most promising areas for improvement are stating the outcomes a company is trying to achieve and making them part of the roadmap, sharing or co-developing the roadmap with stakeholders, and the establishing discovery activities.
Context: Companies in highly dynamic markets increasingly struggle with their ability to plan product development and to create reliable roadmaps. A main reason is the decreasing lack of predictability of markets, technologies, and customer behaviors. New approaches for product roadmapping seem to be necessary in order to cope with today's highly dynamic conditions. Little research is available with respect to such new approaches. Objective: In order to better understand the state of the art and to identify research gaps, this article presents a review of the scientific literature with respect to product roadmapping. Method: We performed a systematic literature review (SLR) with respect to identify papers in the field of computer science. Results: After filtering, the search resulted in a set of 23 relevant papers. The identified papers focus on different aspects such as roadmap types, processes for creating and updating roadmaps, problems and challenges with roadmapping, approaches to visualize roadmaps, generic frameworks and specific aspects such as the combination of roadmaps with business modeling. Overall, the scientific literature covers many important aspects of roadmapping but does provide only little knowledge on how to create product roadmaps under highly dynamic conditions. Research gaps address, for instance, the inclusion of goals or outcomes into product roadmaps, the alignment of a roadmap with a product vision, and the inclusion of product discovery activities in product roadmaps. In addition, the transformation from traditional roadmapping processes to new ways of roadmapping is not sufficiently addressed in the scientific literature.
Software process improvement (SPI) is around for decades, but it is a critically discussed topic. In several waves, different aspects of SPI have been discussed in the past, e.g., large scale company-level SPI programs, maturity models, success factors, and in-project SPI. It is hard to find new streams or a consensus in the community, but there is a trend coming along with agile and lean software development. Apparently, practitioners reject extensive and prescriptive maturity models and move towards smaller, faster and continuous project-integrated SPI. Based on data from two survey studies conducted in Germany (2012) and Europe (2016), we analyze the process customization for projects and practices for implementing SPI in the participating companies. Our findings indicate that, even in regulated industry sectors, companies increasingly adopt in-project SPI activities, primarily with the goal to continuously optimize specific processes. Therefore, with this paper, we want to stimulate a discussion on how to evolve traditional SPI towards a continuous learning environment.
The emergence of agile methods and practices has not only changed the development processes but might also have affected how companies conduct software process improvement (SPI). Through a set of complementary studies, we aim to understand how SPI has changed in times of agile software development. Specifically, we aim (a) to identify and characterize the set of publications that connect elements of agility to SPI, (b) to explore to which extent agile methods/practices have been used in the context of SPI, and (c) to understand whether the topics addressed in the literature are relevant and useful for industry professionals. To study these questions, we conducted an in-depth analysis of the literature identified in a previous mapping study, an interview study, and an analysis of the responses given by industry professionals to SPI related questions stemming from an independently conducted survey study. Regarding the first question, we identified 55 publications that focus on both SPI and agility of which 48 present and discuss how agile methods/practices are used to steer SPI initiatives. Regarding the second question, we found that the two most frequently mentioned agile methods in the context of SPI are Scrum and Extreme Programming (XP), while the most frequently mentioned agile practices are integrate often, test-first, daily meeting, pair programming, retrospective, on-site customer, and product backlog. Regarding the third question, we found that a majority of the interviewed and surveyed industry professionals see SPI as a continuous activity. They agree with the agile SPI literature that agile methods/practices play an important role in SPI activities but that the importance given to specific agile methods/practices does not always coincide with the frequency with which these methods/practices are mentioned in the literature.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Software-Architektur entwickelt, mit der sich Interaktionen zwischen autonomen Fahrzeugen und Passanten im Straßenverkehr in einer simulierten Umgebung untersuchen lassen. Hierbei wird das autonome Fahrzeug durch einen externen Fahrsimulator gesteuert. Der Einsatz eines Motion-Capture-Systems ermöglicht dabei die Aufzeichnung und Übertragungen der Bewegungsdaten von Passant und Fahrer in die virtuelle Umgebung. Durch den Einsatz von head-mounted Displays sollen Akteure die virtuelle Umgebung möglichst als real empfinden. Auf Basis der entwickelten Software-Architektur wurde eine Simulationsumgebung realisiert, in der Interaktionen zwischen einem Passant und einem autonomem Fahrzeug untersucht werden können. Das Projekt soll das Potential von Motion-Capture gestützten Simulationsumgebungen für die Konzeption und Entwicklung von autonomen Fahrsystemen aufzeigen.
Über die letzten Jahre nehmen die Verkehrsunfälle zwischen Fahrzeugen und Fahrrädern und Motorrädern immer weiter zu. Die Ursache ist meistens eine unachtsam geöffnete Fahrzeugtür, mit der ein anfahrender Zweiradfahrer kollidiert. Diese Unfälle können verheerende Folgen für alle Beteiligten haben. Aus diesem Grund soll der technologische Fortschritt, welcher sich durch die gesamte Automobilbranche zieht, um eine zusätzliche Komponente erweitert werden. Hierbei handelt es sich um ein System für Zweiradfahrer, welches eine sich öffnende Fahrzeugtür frühzeitig erkennen soll, den Fahrer somit frühzeitig warnen kann und gegebenenfalls Strategien zu Unfallvermeidung einleiten kann. Dieses Konzept soll die Entwicklung des Systems vorgeben und grundlegend erläutern.
Digitalization of products and services commonly causes substantial changes in business models, operations, organization structures and IT infrastructures of enterprises. Motivated by experiences and observations from digitalization projects, the paper investigates the effects of digitalization on enterprise architectures (EA). EA models serve as representation of business, information system and technical aspects of an enterprise to support management and development. By comparing EA models before and after digitalization, the paper analyzes the kinds of changes visible in the EA model. The most important finding is that newly created digitized products and the associated (product)- and enterprise architecture are no longer properly integrated into the overall architecture and even exist in parallel. Thus, the focus of this work is on showing these parallel architectures and proposing derivations for a better integration.
Die Navigation mit dem E-Bike soll eine positive Nutzerfahrung sein. Deshalb wurde im Zuge dieser Arbeit im Rahmen von Bosch E-Bike Systems ein multimodales smart User Interface (MSUI) entwickelt. Das Konzept umfasst visuelle Turn-by-Turn Signale, taktile Vibrationssignale im Lenker und eine auditive Sprachausgabe. Ziel der Arbeit ist ein Prototyp, der sich für die Evaluation von Nutzerbedürfnissen in Bezug auf verschiedene multimodale Rückmeldemöglichkeiten eignet.
Die Simulation menschlichen Gruppenverhaltens kann bei der Kapazitäten-, Risiko- und Evakuierungs Planung von Gebäuden hilfreich sein, bei der Produktion von Filmen für eindrucksvolle Massen-Szenen eingesetzt werden oder virtuelle Schauplätze in Echtzeit-Anwendungen beleben. Die Herausforderungen liegen vor allem in einem realistischen Erscheinungsbild der virtuellen Crowd, glaubwürdigem Verhalten innerhalb eines sozialen Verbundes, realitätsnahen Animationen und der Wahrung der Echtzeitfähigkeit interaktiver Anwendungen. Im Rahmen dieser Arbeit wird der aktuelle Stand der Technik vorgestellt, Technologien evaluiert und ein Crowd Simulation Prototyp mit der Unity Engine implementiert.
Die Bedeutung und Stellung der Informationstechnologie erlebte in den letzten 60 Jahren einen fortlaufenden Wandel. Der anfänglich rein unterstützende Charakter entwickelte sich immer mehr zu einem wichtigen Bestandteil der Aufbau- und Ablauforganisation im Unternehmen. Ein definiertes IT-Servicemanagement im Unternehmen sieht sich mittlerweile gleichgeordnet mit den restlichen Fachabteilungen, tritt mit seinen Leistungen als Dienstleister auf und betrachtet die Fachabteilungen als „Kunde“. Neue Technologien und Innovationen und die daraus resultierenden Neudefinitionen bestehender Anforderungen sollen im Rahmen der Digitalisierung in Unternehmen positive Effekte zeigen. IT Infrastructure Library (ITIL) wird als Framework für IT-Servicemanagement in der Industrie und im öffentlichen Dienst genutzt. Der Ansatz von ITIL unterstützte den Kulturwandel und sensibilisierte das Management und die Mitarbeiter darin, serviceorientiert zu denken. Da dieser Ansatz einen vordefinierten, zyklischen Ablauf hat, könnten schnell eintreffende Kundenanforderungen nicht fristgerecht umgesetzt werden, weshalb agile Methoden wie der DevOps-Ansatz in den Vordergrund rücken. Die Herausforderung besteht darin, den Kulturwandel bei der Einführung von DevOps in bestehenden ITIL-Strukturen in Unternehmen zu fördern.
Eines der gängigsten bildgebenden Verfahren in der Medizin ist die Sonografie. Jedoch ist die Reproduzierbarkeit der Ultraschalldiagnostik bis heute noch immer ein Problem, wodurch Fehldiagnosen gestellt werden. Durch das in diesem Papier vorgestellte prototypische System zur Unterstützung für Medizinstudenten in Ultraschallseminaren sollen Anforderungen zur Reproduzierbarkeit einer Ultraschalluntersuchung definiert werden. Durch Experteninterviews wurden Einblicke in die klinischen Abläufe und den Krankenhaus-Alltag gewonnen, welche Inhalte relevant sind, um die Reproduzierbarkeit von Ultraschalluntersuchungen zu ermöglichen.
Durch das stetige Wachstum an neuen Technologien und Möglichkeiten steht der Verschmelzung von Technologien mit dem Menschen kaum noch etwas im Wege. Die Untersuchung der Implantate und die damit verbundenen Risiken sind ein Teil dieser Arbeit. Von Bedeutung sind hier die Funktionsweise und die IT-Sicherheitsaspekte. Alle in dieser Arbeit dargestellten Implantate benötigen eine Kommunikation nach außen. Diese Kommunikationsmöglichkeit birgt Risiken, die nicht nur auf die Daten der Träger beschränkt sind, sondern auch gesundheitliche Risiken beinhalten.
Segmentierung von Polypen in Koloskopie-Bilddaten : eine Potentialanalyse von Deep-Learning-Methoden
(2018)
Kolorektale Karzinome haben eine hohe Sterblichkeitsrate, wenn sie spät entdeckt werden. Eine frühzeitige Entfernung von bösartigen Polypen im Magen-Darm-Trakt, die deren Vorstufen bilden, bietet jedoch hohe Überlebenschancen. Bei Darmspiegelungen werden gerade kleine Polypen aber recht häufig übersehen. Zuverlässige bildverarbeitende Systeme, die Polypen in einem Koloskopie-Frame nicht nur detektieren, sondern pixelgenau segmentieren, könnten Ärzten bei Darmkrebs-Screenings helfen. Diese Arbeit analysiert den aktuellen Stand der Segmentierung von Polypen im Gastrointestinaltrakt. Weiterführend wird untersucht, inwiefern die in letzter Zeit sehr erfolgreichen Methoden des Deep Learning hier Vorteile bieten.
Enterprises are transforming their strategy, culture, processes, and their information systems to enlarge their digitalization efforts or to approach for digital leadership. The digital transformation profoundly disrupts existing enterprises and economies. In current times, a lot of new business opportunities appeared using the potential of the Internet and related digital technologies: The Internet of Things, services computing, cloud computing, artificial intelligence, big data with analytics, mobile systems, collaboration networks, and cyber physical systems. Digitization fosters the development of IT environments with many rather small and distributed structures, like the Internet of Things, microservices, or other micro-granular elements. Architecting micro-granular structures have a substantial impact on architecting digital services and products. The change from a closed-world modeling perspective to more flexible Open World of living software and system architectures defines the context for flexible and evolutionary software approaches, which are essential to enable the digital transformation. In this paper, we are revealing multiple perspectives of digital enterprise architecture and decisions to effectively support value and service oriented software systems for intelligent digital services and products.
Presently, many companies are transforming their strategy and product base, as well as their culture, processes and information systems to become more digital or to approach for a digital leadership. In the last years new business opportunities appeared using the potential of the Internet and related digital technologies, like Internet of Things, services computing, cloud computing, edge and fog computing, social networks, big data with analytics, mobile systems, collaboration networks, and cyber physical systems. Digitization fosters the development of IT environments with many rather small and distributed structures, like the Internet of Things, Microservices, or other micro-granular elements. This has a strong impact for architecting digital services and products. The change from a closed-world modeling perspective to more flexible open-world composition and evolution of micro-granular system architectures defines the moving context for adaptable systems. We are focusing on a continuous bottom-up integration of micro-granular architectures for a huge amount of dynamically growing systems and services, as part of a new digital enterprise architecture for service dominant digital products.
New business opportunities appeared using the potential of the Internet and related digital technologies, like the Internet of Things, services computing, artificial intelligence, cloud, edge, and fog computing, social networks, big data with analytics, mobile systems, collaboration networks, and cyber-physical systems. Companies are transforming their strategy and product base, as well as their culture, processes and information systems to adopt digital transformation or to approach for digital leadership. Digitalization fosters the development of IT environments with many rather small and distributed structures, like the Internet of Things, Microservices, or other micro-granular elements. Digitalization has a substantial impact for architecting the open and complex world of highly distributed digital servcies and products, as part of a new digital enterprise architecture, which structure and direct service-dominant digital products and services. The present research paper investigates mechanisms for supporting the evolution of digital enterprise architectures with user-friendly methods and instruments of interaction, visualization, and intelligent decision management during the exploration of multiple and interconnected perspectives by an architecture management cockpit.