Forschung

 

Forschungsreferat

Progress in Graphical Modeling Frameworks - ProGraMoF

Prof. Dr.-Ing. Marko Boger
Tel.: +49 (0)7531 206-631
E-Mail: marko.boger@htwg-konstanz.de

Kernziel des Projektes ist die Entwicklung eines MDSD-Rahmenwerkes für graphische Editoren innerhalb von Eclipse. Diese Editoren sollen als Ausgangspunkt für die modellgetriebene Softwareentwicklung genutzt werden können. Die graphischen Editoren können dabei individuell für ein spezifisches Branchen- oder Domänenmodell entwickelt werden und so möglichst präzise auf die Problemdomäne passen. Dafür ist es notwendig, dass die Editoren selbst einfach und schnell zu entwickeln sind, ohne große Erfahrung in der Entwicklung graphischer Werkzeuge. Um dies zu ermöglichen, werden die graphischen Editoren selbst modellgetrieben entwickelt. In einer Reihe hierfür entwickelter Modelle für die Domäne graphischer Editoren werden diese von den Anwendern beschrieben und dann generiert. Dieser Prozess erfordert keine Programmierkenntnisse, ist leicht zu erlernen und dauert nur wenige Stunden oder Tage bis zu einem ausgereiften Ergebnis. Das Projekt wird in enger Kooperation mit den Unternehmen und der Universität Bremen durchgeführt.

Bilderkennung, Automation und Kommunikation

Prof. Dr.-Ing. Matthias Franz
Tel.: +49 (0)7531 206-651
E-Mail: matthias.franz@htwg-konstanz.de

Das Forschungsziel des Labors ist die weitgehende Automatisierung des Designprozesses für künstliche Sehsysteme. Neben den offensichtlichen Vorteilen eines automatisierten Designprozesses liefert dieser Ansatz auch die Grundlage für den Bau von adaptiven Sehsystemen, die sich an wechselnde Eigenschaften des visuellen Inputs anpassen können (z.B. bei wechselnden Wetter- und Sichtbedingungen). Dementsprechend befasst sich das Projekt mit dem Aufbau einer Infrastruktur für rechenintensive Aufgabenstellungen, insbesondere im Bereich maschinelles Lernen und Bildverarbeitung, und eines Labors zur Vermessung und Kalibrierung von Bildsensoren. Die geforderte Rechenleistung wird über ein Clustersystem realisiert, das im Endzustand 96 Prozessoren umfassen soll. Damit lassen sich rechenintensive Aufgaben, wie z.B. das Training von statistischen Klassifikatoren und die Verarbeitung einer großen Menge von Bildern bearbeiten. Die Laborausrüstung umfasst eine gekühlte hochauflösende Messkamera zusammen mit einem elektrisch ansteuerbaren Farbfilter, mit dem sich Oberflächen und Szenen multispektral aufnehmen lassen, und einen Messplatz zur Kalibrierung und Vermessung von Kameras für industrielle Projekte und zur Aufnahme von kalibrierten Bilddatenbanken sowie spezielle kalibrierte Farbmonitoren zur Farbinspektion.

Inline-Inspektionstechnologie zum Farbabgleich für den digitalen Dekordruck

Prof. Dr.-Ing. Matthias Franz
Tel.: +49 (0)7531 206-651
E-Mail: matthias.franz@htwg-konstanz.de

Das Forschungsziel des Projektes ist die Entwicklung einer neuartigen Inline-Inspektionstechnologie für den digitalen Dekordruck, die die Farbverteilung des gesamten Dekors erfasst und quantifiziert. Insbesondere soll dabei auch die räumliche Farbverteilung vermessen werden und durch geeignete Kennzahlen charakterisiert werden, um die für den Tintenstrahldruck typischen Fehlfunktionen einzelner oder mehrerer Düsen zu detektieren. Damit soll auch weniger gut ausgebildetes Bedienungspersonal in die Lage versetzt werden, anspruchsvolle Dekore mit beliebigen Motiven mit hoher Qualität und Produktivität zu erzeugen, von der Nachbildung natürlicher Texturen wie Holz-, Naturstein- u.ä. bis hin zu synthetischen, künstlerisch gestalteten Abbildungen. Die entwickelten Methoden erlauben darüber hinaus den visuellen Gleichlauf bei räumlich und geographisch verteilten Druckwerken.

Entwicklung einer innovativen Anlagentechnik zur automatisierten und laserbasierten Reparatur strukturierter Formeinsätze — ToolRep

Prof. Dr.-Ing. Matthias Franz
Tel.: +49 (0)7531 206-651
E-Mail: matthias.franz@htwg-konstanz.de

Prof. Dr.-Ing. Georg Umlauf
Tel.: +49 (0)7531 206-451
E-Mail: georg.umlauf@htwg-konstanz.de

Kunststoffspritzgießen ist eines der wichtigsten Verfahren zur Serienherstellung von Kunststoffprodukten. Es existiert bislang kein Maschinensystem, welches eine vollständige Prozesskette zur automatisierten Reparatur solcher Spritzgießformen realisiert und auf dieser Basis die geforderten Bearbeitungszeiten und hohe, versatzfreie Strukturqualitäten ermöglicht. Daher wird im Projekt erstmalig eine ganzheitliche, laserbasierte Systemlösung verfolgt, mit der vollautomatisierte Reparaturen von Kunststoffspritzgießformen durchgeführt werden können. Hierfür soll die Prozessabfolge aus Lasertiefgravur, Laserauftragsschweißen und Laserstrukturierung optimal abgestimmt und erstmals hardwaretechnisch in einer hochpräzisen Hybridmaschine abgebildet werden. Primäres Ziel des Teilvorhabens der HTWG Konstanz ist die Entwicklung von Algorithmen zur digitalen Reparatur gescannter Formeinsätze. Das zu entwickelnde Messsystem wird sowohl 2D-Bilddaten als auch 3D-Punktdaten der Oberfläche liefern. Um an die eigentliche Struktur, das dreidimensionale Relief, zu gelangen, muss die Oberflächengeometrie rekonstruiert werden. Die resultierenden Daten sollen zuerst auf Strukturdefekte hin analysiert werden. Über die intuitive Softwarelösung soll der Bediener gefundene Defekte begutachten und Markierungen manuell anpassen können. An markierten Positionen sollen dann anhand gesunder Nachbarstrukturen eine Textursynthese stattfinden. Da es sich bei den Strukturen nicht um klassische zweidimensionale Texturen, sondern dreidimensionale Reliefs handelt, müssen spezielle Algorithmen zur Synthetisierung in 3D entwickelt werden. Die resultierenden defektfreien 3D-Daten werden vom CAD-CAM-Modul zur Bahnplanung eingesetzt. Eine Besonderheit des Projektvorschlags ist der geplante Einsatz von maschinellem Lernen bei der Defektdetektion und der Oberflächenrekonstruktion.

Bernstein-Polynome über Simplexen

Prof. Dr. rer. nat. habil. Jürgen Garloff
Tel.: +49 (0)7531 206-406
E-Mail. juergen.garloff@htwg-konstanz.de

Die Bernstein Polynome haben eine Reihe von nützlichen Eigenschaften, die sie zur Lösung von sehr verschiedenartigen Problemen geeignet erscheinen lassen. Bislang wurden in der Literatur als zugrundeliegende Bereiche mehrdimensionale Quader verwendet. Um größere Flexibilität in der dem jeweiligen Problem zugrundeliegenden Geometrie zu erzielen, werden im Projekt Bernstein-Polynome auf Simplexen untersucht. Die Ergebnisse werden zur Konstruktion von Schrankenfunktionen für Relaxationen im Rahmen von branch-and-bound-Verfahren in der globalen Optimierung verwendet.

Globale polynomiale Optimierung bei Unsicherheit

Prof. Dr. rer. nat. habil. Jürgen Garloff
Tel.: +49 (0)7531 206-406
E-Mail: juergen.garloff@htwg-konstanz.de

Es werden (un)restringierte globale Optimierungsaufgaben behandelt, bei denen die Zielfunktion (und die Restriktionen) durch Polynome / rationale Funktionen in mehreren Variablen beschrieben werden. Dazu wird die Darstellung eines Polynoms in der Bernstein-Basis verwendet. Besonderes Gewicht wird auf die Entwicklung von Optimalitätskriterien und die Berücksichtigung von Ungenauigkeiten in den Anfangsdaten gelegt.

Invarianz von Zeichenregularität

Prof. Dr. rer. nat. habil. Jürgen Garloff
Tel.: +49 (0)7531 206-406
E-Mail: juergen.garloff@htwg-konstanz.de

Funktionssysteme, deren Kollokationsmatrizen zeichenregulär sind, haben eine Reihe von nützlichen Eigenschaften, die insbesondere im CAGD von großem Vorteil sind. Dabei heißt eine Matrix zeichenregulär, wenn ihre sämtlichen Minoren einer jeden gewählten Ordnung ein bestimmtes Vorzeichen besitzen oder verschwinden. Im Projekt wird u. a. untersucht, wie groß Störungen in den einzelnen Koeffizienten dieser Matrizen sein dürfen, damit die gewünschten Eigenschaften erhalten bleiben.

Seerhein-Lab

Prof. Dr.-Ing. Oliver Haase
Tel.: +49 (0)7531 206-112
E-Mail: oliver.haase@htwg-konstanz.de

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Wäsch
Tel.: +49 (0)7531 206-502
E-Mail: juergen.waesch@htwg-konstanz.de

Das Seerhein-Lab ist ein Ort für angewandte Forschung in der Informatik. Hier werden Projekte durchgeführt, die einerseits praxisrelevant und andererseits wissenschaftlich interessant sind. Das Seerhein-Lab ist eine Kooperation der Hochschule Konstanz und der Firma SEITENBAU-GmbH.

Entwicklung von Instrumenten und Werkzeugen für ein agiles und dezentrales Architekturmanagement - ADAM

Prof. Dr.-Ing. Marco Mevius
Tel.: +49 (0)7531 206-515
E-Mail: marco.mevius@htwg-konstanz.de

Prof. Dr.-Ing. Christopher Rentrop
Tel.: +49 (0)7531 206-499
E-Mail: christopher.rentrop@htwg-konstanz.de

Das Fundament des Projekts ADAM wird durch drei aktuelle Trends in den Unternehmen und in der anwendungsbezogenen Forschung gebildet: die wachsende Dynamik, die steigende Dezentralisierung der IT sowie die Notwendigkeit eines zielgerichteten Managements der Unternehmensarchitekturen. Die Unternehmen sehen sich schon seit längerer Zeit an ihren Märkten einer wachsenden Dynamik ausgesetzt; dies erfordert agile und flexibel anpassbare Geschäftsprozesse. In den letzten Jahren hat sich zudem eine immer tiefer gehende Durchdringung dieser Prozesse mit Informationstechnologie bemerkbar gemacht. Schließlich ist auch durch die steigende Anzahl der sogenannten Digital Natives eine veränderte Grundhaltung der Benutzer zur IT erkennbar. Diese Trends der umfassenden Durchdringung und der veränderten Haltung zu Technologie führen dazu, dass die benötigten IT-Services kaum noch vollständig zentral durch eine spezialisierte IT-Abteilung zu erbringen sind. Im Hinblick auf das Management der IT ist allgemein anerkannt, dass insbesondere das Management der Unternehmensarchitekturen einen zentralen Erfolgsfaktor für den effizienten und effektiven Einsatz der Informationstechnologie im Unternehmen darstellt. Insgesamt steigt also die Notwendigkeit, ein in den Fachbereichen verankertes und auch dynamisches Management der Unternehmensarchitektur zu schaffen. Aufbauend auf den Ergebnissen der Projekte "Schatten-IT" und "BPM@Cloud" sollen im Rahmen des hier beantragten Projektes ADAM Instrumente und Werkzeuge für ein agiles und dezentrales Architekturmanagement entwickelt werden. Ziel des Projektes ist es, einerseits eine Definition der notwendigen Prozesse und Anforderungen zu erarbeiten und diese andererseits auch in einem konkreten System umzusetzen. Dabei ist das Projekt durch eine konsequente Umsetzung des agilen Ansatzes geprägt. Die Ergebnisse des Projektes sollen dabei laufend und in einer abschließenden Fallstudie überprüft werden.

Analyse biometrischer Parameter zur Erkennung von Beziehungen zwischen Stress und Schlafqualität (AnBiPa)

Prof. Dr.-Ing. Ralf Seepold
Tel.: +49 (0)7531 206-633
E-Mail: ralf.seepold@htwg-konstanz.de

One goal of the collaboration is to detect and analyze a relationship between stress and healthy sleep. Individual stress as well as frequent sleep disorder seems to be related with chronicle diseases like diabetes, cerebrovascular disease or other psychiatric illnesses [1,2,3]. However, most studies depend on questionnaire response and lack to capture (mobile) data over a long period including day and night [4,5,6,7,8,9,10]. Besides capturing a huge amount of data, it needs to be interpreted and compared to patterns suited to detect stress and sleep quality in real-time.
A second goal is to derive individual recommendations to improve a health life. Therefore, it is planned to detect a relationship between stress and sleep quality, which is not available on base of a data capturing model proposed for individual and personalized analysis. This model will be used to derive and propose behavioral changes. The effectiveness can be checked with the help of the system proposed here. The approach will investigate also the level of intrusive measurements (if any) necessary, the amount of parallel data streams required and the possibility to base a detection, analysis and recommendation purely on non-intrusive sensors. A third goal is the development of models, systems, technology and services for Ambient Intelligence and Ambient Assisted Living to improve the quality of life, especially for people with "fragility" to obtain an active longevity. 

PredTour - Predicting Tourism Movements

Prof. Dr.-Ing. Ralf Seepold
Tel.: +49 (0)7531 206-633
E-Mail: ralf.seepold@htwg-konstanz.de

Prof. Dr. Tatjana Thimm
Tel.: +49 (0)7531 206-145
E-Mail: tatjana.thimm@htwg-konstanz.de

Ziel dieses Kooperationsprojektes ist es, die Unternehmensethik insbesondere im deutschsprachigen Raum zu fördern. In einem ersten konkreten Umsetzungsprojekt sollen ein Gütesiegel „Erfolg mit Anstand" und darauf aufbauend ein ,,DEX Deutscher Ethik Index" entwickelt werden.

SmartSleep

Prof. Dr.-Ing. Ralf Seepold
Tel.: +49 (0)7531 206-633
E-Mail: ralf.seepold@htwg-konstanz.de

Schlafstörungen sind weit verbreitet und gehen häufig mit chronischen Gesundheitsproblemen wie Diabetes und Bluthochdruck sowie kardiovaskulären und psychiatrischen Erkrankungen (z.B. Depression) einher. Schlafapnoe, eine Schlafstörung, die durch häufige, kurze Unterbrechungen der Atmung während des Schlafens gekennzeichnet ist, betrifft beispielsweise über 4% der Männer und ca. 2% der Frauen mittleren Alters. Die meisten Studien zu Schlafstörungen beruhen auf Fragebogenuntersuchungen zu Schlaf- und Lebensgewohnheiten, Aktigraphie sowie Polysomnographie-Messungen im Schlaflabor. Neuere Entwicklungen wie z.B. Smart Watches im mobile Health-Bereich eröffnen die Möglichkeit, Schlafmuster mobil und auch tagsüber über einen längeren Zeitraum zu überwachen und den Arzt bei der Diagnose zu unterstützen (z.B. das Projekt der Fraunhofer IGD zu Schlafanalyse). Telemedizinische Geräte ermöglichen es außerdem, die Behandlung von Schlafstörungen zu überwachen. Am Kantonsspital St. Gallen wird derzeit eine Studie durchgeführt, um den Nutzen einer telemedizinischen Beobachtung der Behandlung von Schlafapnoe zu prüfen. Ferner erlaubt der Einsatz von Bewegungssensoren (Aktigraphie) die genaue Erfassung von Schlaf-Wach-Zeiten. Ziel unseres Projekts ist es, durch den Einsatz mobiler Sensoren mehr Parameter als nur Bewegung über einen längeren Zeitraum als in klinischen Studien üblich sowohl tagsüber als auch in der Nacht zu erfassen.

Testdaten-Modellierung und Testdaten-Generierung

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Wäsch
Tel.: +49 (0)7531 206-502
E-Mail: juergen.waesch@htwg-konstanz.de

Softwaretests sind ein wichtiger Baustein für die Qualitätssicherung von Softwareprojekten. Für Tests von Datenbankbasierten Anwendungen müssen u.a. Testdaten für die Datenbank spezifiziert werden, auf deren Basis das Verhalten der zu testenden Software geprüft werden kann. Die Spezifikation dieser Testdaten ist leider bisher sehr umfangreich und komplex und somit aufwändig und fehleranfällig. Die Komplexität ergibt sich v.a. aus der Beschreibung der Beziehungen zwischen den einzelnen Entitäten. Diese unterliegen einer Menge komplexer fachlicher Regeln, die sich aus dem Domänen-Modell und der Geschäftslogik der Anwendung ergeben. Übergreifendes Ziel des Projektes ist es, die Spezifikation von Testdaten für Datenbankbasierte Anwendungen zu vereinfachen. Hierzu wurde zum einen eine geeignete domänenspezifische Sprache (DSL) für Testdaten entwickelt. Zum anderen wurde eine erste Version eines Generators zur automatischen Erzeugung von Testdaten implementiert, inklusive Tools zur Extraktion des Modells aus einer Datenbank und zum Editieren des Modells. Im weiteren Projektverlauf sollen Verallgemeinerungen sowie Erweiterungen und Verbesserungen des Algorithmus zur Testdatengenerierung und dem unterstützenden Toolset konzipiert werden (z.B. unter Berücksichtigung verschiedener Arten von Abhängigkeiten und Constraints).