05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Informationsmodelle mit intelligenter Auswertung für den Digitalen Zwilling(2020) Müller, Manuel; Ashtari Talkhestani, Behrang; Jazdi, Nasser; Rosen, Roland; Wehrstedt, Jan Christoph; Weyrich, MichaelDie zunehmende Komplexität hochautomatisierter Systeme bringt neue Herausforderungen bei der Verwaltung ihrer Modelle entlang des gesamten Lebenszyklus des Systems mit sich - von der Kundenakquise über Engineering und Rekonfiguration bis hin zum Systemrecycling. Der Digitale Zwilling ist ein Konzept, welches über den gesamten Lebenszyklus eines Assets hinweg das Management dieser Modelle sicherstellen kann. Es unterstützt jedoch nicht die automatisierte Modellerweiterung. Hier setzt diese Arbeit an. Die Anreicherung des Digitalen Zwillings um Modellverständnis und KI-Algorithmen zur eigenständigen Modellerweiterung bildet die Grundlager des vorgestellten Konzepts. Über die intelligente Auswertung der Informationsmodelle -angereichert mit aktuellen Prozessdaten- erkennt der Digitale Zwilling, wenn Modelle an ihre Grenzen stoßen. Zwei mögliche Ursachen für diesen Sachverhalt werden genauer betrachtet: (1) es fehlt eine Fähigkeit oder Information (2) der Gültigkeitsbereich des Modells wurde verlassen. Für beide Zustände wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches auf Basis kooperativer Information aus dem Wertschöpfungsnetzwerk automatisiert eine Lösung findet. Die Evaluierung des Konzepts anhand eines Szenarios aus der Logistik und aus der Produktion liefert vielversprechende Ergebnisse.Item Open Access Sprachassistierter Entwicklungsprozess für automatisierungstechnische Systeme : ein Ansatz zur Strukturierung komplexer Entwicklungsprozesse(2020) White, Dustin; Weyrich, MichaelDer Systementwicklungsprozess nimmt immer mehr an Komplexität zu, da die Systeme selbst immer komplexer werden. Gleichzeitig Vermischen sich die verschiedenen Disziplinen wie Maschinenbau, Elektrotechnik und Softwaretechnik zunehmend, so dass Unternehmen einer Disziplin sprunghafte Komplexitätszuwächse bei ihren Systemen und in ihrer Entwicklung haben. Deshalb wird in dieser Veröffentlichung ein Konzept eines Sprachassistenten erarbeitet, der durch eine Entwicklungsphase führt. Daraus geht hervor, dass die Software zur Unterstützung der Entwicklung ein Informationsmodell benötigt, um die Daten des entwickelten Systems zu speichern und diese mit dem vorhandenen Wissen zu verbinden. Dieses Wissen kann entweder intern oder im Web vorhanden sein. Der Entwicklungsprozess soll daher Kooperation unterstützen, so dass die Assistenzsoftware und Ingenieure miteinander interagieren.Item Open Access Impact of gaze uncertainty on AOIs in information visualisations(2022) Wang, Yao; Koch, Maurice; Bâce, Mihai; Weiskopf, Daniel; Bulling, AndreasGaze-based analysis of areas of interest (AOIs) is widely used in information visualisation research to understand how people explore visualisations or assess the quality of visualisations concerning key characteristics such as memorability. However, nearby AOIs in visualisations amplify the uncertainty caused by the gaze estimation error, which strongly influences the mapping between gaze samples or fixations and different AOIs. We contribute a novel investigation into gaze uncertainty and quantify its impact on AOI-based analysis on visualisations using two novel metrics: the Flipping Candidate Rate (FCR) and Hit Any AOI Rate (HAAR). Our analysis of 40 real-world visualisations, including human gaze and AOI annotations, shows that gaze uncertainty frequently and significantly impacts the analysis conducted in AOI-based studies. Moreover, we analysed four visualisation types and found that bar and scatter plots are usually designed in a way that causes more uncertainty than line and pie plots in gaze-based analysis.Item Open Access Intelligentes Rekonfigurationsmanagement selbstorganisierter Produktionssysteme in der diskreten Fertigung(2020) Müller, Timo; Jazdi, Nasser; Weyrich, MichaelDie Häufigkeit von Änderungen der Produktionsanforderungen nimmt aufgrund wirtschaftlicher Volatilität, kürzerer Innovationszyklen und Produktlebenszyklen kontinuierlich zu. Daher ist eine Vorhersage aller möglichen Ziele eines Produktionssystems zur Entwurfszeit unmöglich und es ergibt sich erhöhter Rekonfigurationsbedarf zur Betriebszeit. Derzeit weist die Rekonfiguration von Produktionssystemen jedoch einige Schwachstellen auf, die in diesem Beitrag aufgezeigt werden. Außerdem wird die Zukunft der industriellen Automatisierung von Cyber-Physischen Produktionssystemen dominiert werden, welche vielversprechende Potentiale bieten. Folglich werden die Cyber-Physischen Produktionssysteme und einige ihrer Potentiale im Hinblick auf Rekonfiguration diskutiert. Um diese theoretischen Potentiale tatsächlich nutzen zu können, sind allerdings entsprechende Konzepte erforderlich, weshalb dieser Forschungsbeitrag ein grundlegendes Konzept für ein selbstorganisiertes Rekonfigurationsmanagement präsentiert.Item Open Access Whiplash simulation: how muscle modelling and movement interact(2022) Millard, Matthew; Siebert, Tobias; Stutzig, Norman; Fehr, JörgWhiplash injury and associated disorders are costly to society and individuals. Accurate simulations of neck movement during car accidents are needed to assess the risk of whiplash injury. Existing simulations indicate that Hill-type muscle models are too compliant, and as a result, predict more neck movement than is observed during in-vivo experiments. Simulating head and neck movement is challenging because many of the neck muscles operate on the descending limb of the force-length curve, a region that Hill-type models inaccurately capture. Hill-type muscle models have negative stiffness on the descending limb of the force-length curve and so develop less force the more they are lengthened. Biological muscle, in contrast, can develop large transient forces during active lengthening and sustain large forces when aggressively lengthened. Recently, a muscle model has been developed that mimics the active impedance of muscle in the short range and can capture the large forces generated during extreme lengthening. In this work, we will compare the accuracy of simulated neck movements, using both a Hill-type model and the model of Millard et al., to the in-vivo neck movement. If successful, the improved accuracy of our simulations will make it possible to predict and help prevent neck injury.Item Open Access Power electronic systems for electric aircraft(2020) Nitzsche, Maximilian; Roth-Stielow, JörgElectric aviation poses several unique challenges which influence the development of power electronic systems for electric flight. This presentation focuses on the aspects of redundancy, semiconductor material (especially silicon carbide SiC), electromagnetic compatibility and reliability. These topics are discussed in relation to recent developments regarding electric aviation such as e.g. distributed electric propulsion (DEP) and modularity of power electronic systems.Item Open Access Iterative and incremental refinement of microservice-based architectures and SLOs(2022) Speth, Sandro; Stieß, Sarah; Frank, Sebastian; Becker, SteffenIn an agile development process, non-functional requirements and software architectures continuously change, making it hard to extract and manage appropriate Service Level Objectives (SLO). We propose an interactive toolchain to support the architect in iteratively and incrementally adapting SLOs and architecture alongside each other. Our toolchain utilises the results of experiments and SLO violation impact analyses to guide the architect's adaptation decisions, reflecting continuously changing and imprecise requirements. Prototypes of the presented tools already exist. In this paper, we envision their interconnection and required extensions.Item Open Access Designing for noticeability: understanding the impact of visual importance on desktop notifications(2022) Müller, Philipp; Staal, Sander; Bâce, Mihai; Bulling, AndreasDesktop notifications should be noticeable but are also subject to a number of design choices, e.g. concerning their size, placement, or opacity. It is currently unknown, however, how these choices interact with the desktop background and their influence on noticeability. To address this limitation, we introduce a software tool to automatically synthesize realistically looking desktop images for major operating systems and applications. Using these images, we present a user study (N=34) to investigate the noticeability of notifications during a primary task. We are first to show that visual importance of the background at the notification location significantly impacts whether users detect notifications. We analyse the utility of visual importance to compensate for suboptimal design choices with respect to noticeability, e.g. small notification size. Finally, we introduce noticeability maps - 2D maps encoding the predicted noticeability across the desktop and inform designers how to trade-off notification design and noticeability.Item Open Access PrivacyScout: assessing vulnerability to shoulder surfing on mobile devices(2022) Bâce, Mihai; Saad, Alia; Khamis, Mohamed; Schneegass, Stefan; Bulling, AndreasOne approach to mitigate shoulder surfing attacks on mobile devices is to detect the presence of a bystander using the phone’s front-facing camera. However, a person’s face in the camera’s field of view does not always indicate an attack. To overcome this limitation, in a novel data collection study (N=16), we analysed the influence of three viewing angles and four distances on the success of shoulder surfing attacks. In contrast to prior works that mainly focused on user authentication, we investigated three common types of content susceptible to shoulder surfing: text, photos, and PIN authentications. We show that the vulnerability of text and photos depends on the observer’s location relative to the device, while PIN authentications are vulnerable independent of the observation location. We then present PrivacyScout – a novel method that predicts the shoulder-surfing risk based on visual features extracted from the observer’s face as captured by the front-facing camera. Finally, evaluations from our data collection study demonstrate our method’s feasibility to assess the risk of a shoulder surfing attack more accurately.Item Open Access High gain operational amplifier using enhancement and depletion mode a-IGZO TFTs(2022) Schellander , Yannick; Winter, Marius; Ge, Ge; Ouyang, Yunyi; Obermüller, Simon; Schalberger, Patrick; Fruehauf, NorbertAn operational amplifier (OpAmp) consisting of twenty-two dual gate amorphous IGZO (a-IGZO) thin-film transistors (TFTs) is fabricated on a glass substrate. To achieve high voltage gains enhancement and depletion mode transistors are used. The enhancement mode TFTs work as drivers and the depletion mode TFTs act as depletion loads in the OpAmp circuit. The created OpAmp has a voltage gain (G) of 54.80 dB, a cutoff frequency (fc) of 75 Hz, a unity gain frequency (fug) of 10 kHz and a slew rate ts(up/down) of 0.15/0.30 V/µs. Transistors with different threshold voltages Uth on the same substrates are realized by using different semiconductor channel thicknesses. This is possible, as an increasing layer thickness of the semiconductor leads to a reduction of the threshold voltage Uth [1].