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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.
On the design of an urban data and modeling platform and its application to urban district analyses
(2020)
An integrated urban platform is the essential software infrastructure for smart, sustainable and resilitent city planning, operation and maintenance. Today such platforms are mostly designed to handle and analyze large and heterogeneous urban data sets from very different domains. Modeling and optimization functionalities are usually not part of the software concepts. However, such functionalities are considered crucial by the authors to develop transformation scenarios and to optimized smart city operation. An urban platform needs to handle multiple scales in the time and spatial domain, ranging from long term population and land use change to hourly or sub-hourly matching of renewable energy supply and urban energy demand.
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:).
Automatic classification of rotating machinery defects using Machine Learning (ML) algorithms
(2020)
Electric machines and motors have been the subject of enormous development. New concepts in design and control allow expanding their applications in different fields. The vast amount of data have been collected almost in any domain of interest. They can be static; that is to say, they represent real-world processes at a fixed point of time. Vibration analysis and vibration monitoring, including how to detect and monitor anomalies in vibration data are widely used techniques for predictive maintenance in high-speed rotating machines. However, accurately identifying the presence of a bearing fault can be challenging in practice, especially when the failure is still at its incipient stage, and the signal-to-noise ratio of the monitored signal is small. The main objective of this work is to design a system that will analyze the vibration signals of a rotating machine, based on recorded data from sensors, in the time/frequency domain. As a consequence of such substantial interest, there has been a dramatic increase of interest in applying Machine Learning (ML) algorithms to this task. An ML system will be used to classify and detect abnormal behavior and recognize the different levels of machine operation modes. The proposed solution can be deployed as predictive maintenance for Industry 4.0.
Power line communications (PLC) reuse the existing power-grid infrastructure for the transmission of data signals. As power line the communication technology does not require a dedicated network setup, it can be used to connect a multitude of sensors and Internet of Things (IoT) devices. Those IoT devices could be deployed in homes, streets, or industrial environments for sensing and to control related applications. The key challenge faced by future IoT-oriented narrowband PLC networks is to provide a high quality of service (QoS). In fact, the power line channel has been traditionally considered too hostile. Combined with the fact that spectrum is a scarce resource and interference from other users, this requirement calls for means to increase spectral efficiency radically and to improve link reliability. However, the research activities carried out in the last decade have shown that it is a suitable technology for a large number of applications. Motivated by the relevant impact of PLC on IoT, this paper proposed a cooperative spectrum allocation in IoT-oriented narrowband PLC networks using an iterative water-filling algorithm.
Our paper gives first answers on a fundamental question: how can the design of architectures of intelligent digital systems and services be accomplished methodologically? Intelligent systems and services are the goals of many current digitalization efforts today and part of massive digital transformation efforts based on digital technologies. Digital systems and services are the foundation of digital platforms and ecosystems. Digtalization disrupts existing businesses, technologies, and economies and promotes the architecture of open environments. This has a strong impact on new value-added opportunities and the development of intelligent digital systems and services. Digital technologies such as artificial intelligence, the Internet of Things, services computing, cloud computing, big data with analytics, mobile systems, and social enterprise networks systems are important enablers of digitalization. The current publication presents our research on the architecture of intelligent digital ecosystems and products and services influenced by the service-dominant logic. We present original methodological extensions and a new reference model for digital architectures with an integral service and value perspective to model intelligent systems and services that effectively align digital strategies and architectures with artificial intelligence as main elements to support intelligent digitalization.
his book highlights new trends and challenges in intelligent systems, which play an important part in the digital transformation of many areas of science and practice. It includes papers offering a deeper understanding of the human-centred perspective on artificial intelligence, of intelligent value co-creation, ethics, value-oriented digital models, transparency, and intelligent digital architectures and engineering to support digital services and intelligent systems, the transformation of structures in digital businesses and intelligent systems based on human practices, as well as the study of interaction and the co-adaptation of humans and systems. All papers were originally presented at the International KES Conference on Human Centred Intelligent Systems 2020 (KES HCIS 2020), held on June 17–19, 2020, in Split, Croatia.
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.
Companies are continuously changing their strategy, processes, and information systems to benefit from the digital transformation. Controlling the digital architecture and governance is the fundamental goal. Enterprise Governance, Risk and Compliance (GRC) systems are vital for managing digital risks threatening in modern enterprises from many different angles. The most significant constituent to GRC systems is the definition of controls that is implemented on different layers of a digital Enterprise Architecture (EA). As part of the compliant aspect of GRC, the effectiveness of these controls is assessed and reported to relevant management bodies within the enterprise. In this paper, we present a metamodel which links controls to the affected elements of a digital EA and supplies a way of expressing associated assessment techniques and results. We complement a metamodel with an expository instantiation of a control compliance cockpit in an international insurance enterprise.
Business process models provide a considerable number of benefits for enterprises and organizations, but the creation of such models is costly and time-consuming, which slows down the organizational adoption of business process modeling. Social paradigms pave new ways for business process modeling by integrating stakeholders and leveraging knowledge sources. However, empirical research about the impact of social paradigms on costs of business process modeling is sparse. A better understanding of their impact could help to reduce the cost of business process modeling and improve decision-making on BPM activities. The paper constributes to this field by reporting about an empirical investigation via survey research on the perceived influence of different cost factors among experts. Our results indicate that different cost components, as well as the use of social paradigms, influence cost.
Due to the consequential impact of technological breakdowns, companies have to be prepared to deal with breakdowns or even better prevent them. In today's information technology, several methods and tools exist to downscale this concern. Therefore, this paper deals with the initial determination of a resilient enterprise architecture supporting predictive maintenance in the information technology domain and furthermore, concerns several mechanisms on how to reactively and proactively secure the state of resiliency on several abstraction levels. The objective of this paper is to give an overview on existing mechanisms for resiliency and to describe the foundation of an optimized approach, combining infrastructure and process mining techniques.
This book contains the proceedings of the KES International conferences on Innovation in Medicine and Healthcare (KES-InMed-19) and Intelligent Interactive Multimedia Systems and Services (KES-IIMSS-19), held on 17–19 June 2019 and co-located in St. Julians, on the island of Malta, as part of the KES Smart Digital Futures 2019 multi theme conference.
The major areas covered by KES-InMed-19 include: Digital IT Architecture in Healthcare; Advanced ICT for Medical and Healthcare; Biomedical Engineering, Trends, Research and Technologies and Healthcare Support System. The major areas covered by KES-IIMSS-19 were: Interactive Technologies; Artificial Intelligence and Data Analytics; Intelligent Services and Architectures and Applications.
This book is of use to researchers in these vibrant areas, managers, industrialists and anyone wishing to gain an overview of the latest research in these fields.
The rise of digital technologies has become an important driver for change in multiple industries. Therefore, firms need to develop digital capabilities to manage the transformation process successfully. Prior research assumes that the development of a specific set of digital capabilities leads to higher digital maturity. However, a measurement framework for digital maturity does not exist in scholarly work. Therefore, this paper develops a conceptualization and measuremnent model for digital maturity.
Autism spectrum disorders (ASD) affect a large number of children both in the Russian Federation and in Germany. Early diagnosis is key for these children, because the sooner parents notice such disorders in a child and the rehabilitation and treatment program starts, the higher the likelihood of his social adaptation. The difficulties in raising such a child lie in the complexity of his learning outside of children's groups and the complexity of his medical care. In this regard, the development of digital applications that facilitate medical care and education of such children at home is important and relevant. The purpose of the project is to improve the availability and quality of healthcare and social adaptation at home of children with ASD through the use of digital technologies.
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.
The Third International Conference on Data Analytics (DATA ANALYTICS 2014), held on August 24 - 28, 2014 - Rome, Italy, continued the inaugural event on fundamentals in supporting data analytics, special mechanisms and features of applying principles of data analytics, application oriented analytics, and target-area analytics.
Processing of terabytes to petabytes of data, or incorporating non-structural data and multistructured data sources and types require advanced analytics and data science mechanisms for both raw and partially-processed information. Despite considerable advancements on high performance, large storage, and high computation power, there are challenges in identifying, clustering, classifying, and interpreting of a large spectrum of information.
The Eleventh International Conference on Advances in Databases, Knowledge, and Data Applications (DBKDA 2019), held between June 02, 2019 to June 06, 2019 - Athens, Greece, continued a series of international events covering a large spectrum of topics related to advances in fundamentals on databases, evolution of relation between databases and other domains, data base technologies and content processing, as well as specifics in applications domains databases.
Advances in different technologies and domains related to databases triggered substantial improvements for content processing, information indexing, and data, process and knowledge mining. The push came from Web services, artificial intelligence, and agent technologies, as well as from the generalization of the XML adoption.
High-speed communications and computations, large storage capacities, and loadbalancing for distributed databases access allow new approaches for content processing with incomplete patterns, advanced ranking algorithms and advanced indexing methods.
Evolution on e-business, ehealth and telemedicine, bioinformatics, finance and marketing, geographical positioning systems put pressure on database communities to push the ‘de facto’ methods to support new requirements in terms of scalability, privacy, performance, indexing, and heterogeneity of both content and technology.
We welcomed academic, research and industry contributions. The conference had the followingtracks:
Knowledgeanddecisionbase
Databasestechnologies
Datamanagement
GraphSM: Large-scale Graph Analysis, Management and Applications
The Tenth International Conference on Advances in Databases, Knowledge, and Data Applications (DBKDA 2018), held between May 20 - 24, 2018 - Nice, France, continued a series of international events covering a large spectrum of topics related to advances in fundamentals on databases, evolution of relation between databases and other domains, data base technologies and content processing, as well as specifics in applications domains databases.
Advances in different technologies and domains related to databases triggered substantial improvements for content processing, information indexing, and data, process and knowledge mining. The push came from Web services, artificial intelligence, and agent technologies, as well as from the generalization of the XML adoption.
High-speed communications and computations, large storage capacities, and loadbalancing for distributed databases access allow new approaches for content processing with incomplete patterns, advanced ranking algorithms and advanced indexing methods.
Evolution on e-business, ehealth and telemedicine, bioinformatics, finance and marketing, geographical positioning systems put pressure on database communities to push the ‘de facto’ methods to support new requirements in terms of scalability, privacy, performance, indexing, and heterogeneity of both content and technology.
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.
The energy turnaround, digitalization and decreasing revenues forces enterprises in the energy domain to develop new business models. Business models for renewable energy are compound on different logic than business models for larger scale power plants. Following a design science research approach, we examined the business models of three enterprises in the energy domain in a first step. We identified that these business models result in complex ecosystems with multiple actors and difficult relationships between them. One cause is the fast changing and complicated state regulation in Germany. In order to solve the problem, we captured together with the partners of the enterprises the requirements in a second phase. Further we developed the prototype Business Model Configurator (BMConfig) based on the e3Value Ontology on the metamodelling platform ADOxx. We demonstrate the feasibility of our approach in business model of energy efficiency service based on smart meter data.
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.
The goal of the presented project is to develop the concept of home e-health centers for barrier-free and cross-border telemedicine. AAL technologies are already present on the market but there is still a gap to close until they can be used for ordinary patient needs. The general idea needs to be accompanied by new services, which should be brought together in order to provide a full coverage of service for the users. Sleep and stress were chosen as predominant influence in the population. The executed scientific study of available home devices analyzing sleep has provided the necessary to select appropriate devices. The first choice for the project implementation is the device EMFIT QS+. This equipment provides a part of a complete system that a home telemedical hospital can provide at a level of precision and communication with internal and/or external health services.
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.
The metric and qualitative analysis of models of the upper and lower dental arches is an important aspect of orthodontic treatment planning. Currently available eLearning systems for dental education only allow access to digital learning materials, and do not interactively support the learning progress. Moreover, to date no study compared the efficiency of learning methods based on physical or digital study models. For this pilot study, 18 dental students were separated into two groups to investigate whether the learning success in study model analysis with an interactive elearning system is higher based on digital models or on conventional plaster models. The results show that with the digital method less time is needed per model analysis. Moreover, the digital approach leads to higher total scores than that based on plaster models. We conclude that interactive eLearning using digital dental arch models is a promising tool for dental education.
OR-Pad - Entwicklung eines Prototyps zur sterilen Informationsanzeige am OP-Situs : meeting abstract
(2019)
Hintergrund: Oftmals werden Informationen aus der Krankenakte oder von Bildgebungsverfahren nur auf recht weit vom Operationsgebiet entfernten Monitoren, außerhalb der ergonomischen Sichtachse des Operateurs, dargestellt. Dies führt dazu, dass relevante Informationen übersehen werden oder ihr Informationspotenzial nicht ausgeschöpft werden kann. In Papierform mitgenommene Notizen befinden sich während der OP außerhalb des sterilen Bereichs und sind dadurch für den Operateur nicht ohne Weiteres zugänglich. Auch bei intraoperativen Einträgen für die OP Dokumentation ist der Operateur auf die Mithilfe der Assistenz angewiesen. Durch die zusätzlichen Kommunikationswege entstehen dabei ein personeller und zeitlicher Mehraufwand und das Fehlerpotenzial nimmt zu. Das anwendungsorientierte Forschungsprojekt OR-Pad - Nutzung von portablen Informationsanzeigen im Operationssaal - soll dem Operateur zu einem verbesserten Informationsfluss verhelfen. Die Idee entstand aus der klinischen Routine der Anatomie und Urologie des Universitätsklinikums Tübingen und wird nun durch Fördermittel vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg sowie vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung an der Hochschule Reutlingen zu einem High Fidelity-Prototypen weiterentwickelt.
Ziel: Ziel des OR-Pad Projekts ist es, während einer OP zum aktuellen Zeitpunkt klinisch relevante Informationen in unmittelbarer Nähe zum Operateur darzustellen. Mithilfe des Systems soll der Informationsfluss zwischen dem Eingriff sowie dessen Vor- und Nachbereitung optimiert werden. Der Operateur soll vorab relevante Informationen, wie aktuelle Röntgenbilder oder persönliche Notizen, zur intraoperativen Anzeige auswählen können, die dann am OP-Situs auf einer sterilen Informationsanzeige dargestellt werden. Durch die Positionierung soll eine ergonomische Sichtachse sowie die direkte Interaktion mit dem System ermöglicht werden. Kontextrelevante Informationen sollen basierend auf dem aktuellen OP-Verlauf durch die Entwicklung einer Situationserkennung automatisch bereitgestellt werden. Zur Optimierung des Informationsflusses gehört ebenfalls die Unterstützung der OP-Dokumentation. Für diese sollen während des Eingriffs manuell vom Operateur sowie automatisch vom System Einträge, wie Zeitpunkte oder intraoperative Aufnahmen, erstellt werden. Aus diesen soll nach dem Eingriff die OP-Dokumentation generiert und damit der Prozess qualitativer und zeiteffizienter gestaltet werden.
Methodik: Zur Erreichung des Ziels werden zunächst die klinischen Anforderungen spezifiziert und in ein Lastenheft überführt. Hierfür werden Interviews und Beobachtungen bei mehreren Interventionen durchgeführt. Nach dem User-Centered-Designprozess werden Personas und Nutzungsszenarien entworfen und mit klinischen Projektpartnern in mehreren Iterationen evaluiert. Es gilt eine Informationsarchitektur aufzubauen, die eine Einbettung klinischer Informationssysteme sowie Bild- und Gerätedaten aus dem OP-Netzwerk erlaubt. Eine Situationserkennung, basierend auf Prozessmodellen, soll zur Abschätzung des Operationsfortschritts entwickelt werden. Zur Befestigung der Informationsanzeige sollen geeignete Haltemechanismen eingesetzt werden. Das OR-Pad System soll laufend im Lehr- und Forschungs-OP der Hochschule Reutlingen getestet und im Sinne agiler Produktentwicklung mit den klinischen Projektpartnern abgestimmt werden. Der finale Funktionsprototyp soll abschließend in den Versuchs-OPs der Anatomie Tübingen getestet und evaluiert werden.
Ergebnisse: Über eine erste Datenerhebung mittels Contextual Inquiry konnten erste Anforderungen an das OR-Pad System erfasst werden, woraus ein Low-Fidelity-Prototyp resultierte. Die Evaluation über Experteninterviews führte in die zweite Iteration, in der das Konzept entsprechend der Ergebnisse angepasst wurde. Über Hospitationen am Uniklinikum Tübingen fand eine weitere Datenerhebung zur Erstellung von Szenarien für die intraoperativen Anwendungsfälle statt. Anhand der Anforderungen wurde ein Konzept für die Benutzerschnittstelle entworfen, die im weiteren Verlauf mit den klinischen Projektpartnern evaluiert wird.
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.