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Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) hat einen festen Platz im deutschen Bildungssystem gefunden. BNE setzt sich die Ziele, Lernende zu informierten und verantwortungsbewussten Konsumenten zu befähigen sowie sie darauf vorzubereiten und das eigene Verhalten sowie das Verhalten anderer kritisch zu reflektieren. Der Nachhaltigkeitsbegriff von BNE orientiert sich hierbei an den drei Perspektiven, Soziales, Ökonomisches und Ökologisches, und an deren Wechselwirkungen untereinander.
Um Lernenden Nachhaltigkeitsthemen nach der Definition von BNE zu vermitteln, bieten sich Photovoltaik-Systeme (PV), vor allem in Off-Grid-Ausführungen, an, da sie aufgrund ihrer Eigenschaften als erneuerbare Energieerzeuger einen rücksichtsvolleren Umgang mit den vorhandenen Ressourcen fordern, Reflexion des eigenen Verhaltens anregen und sich in verschiedenen Situationen unter den drei Perspektiven der Nachhaltigkeit betrachten lassen.
Für eine Projektarbeit an allgemeinbildenden sowie beruflichen Schulen wurde außerhalb dieser Arbeit ein Off-Grid-PV-System entworfen, anhand dessen Lernende Fragestellungen der elektrischen Energieerzeugung aus Sonneneinstrahlung sowie allgemeine Nachhaltigkeitsthemen erforschen. Das didaktische Konzept zur Begleitung des PV-Systems wurde anhand von den Anforderungen der BNE entwickelt und gliedert sich in die Bereiche einleitende Workshops, Lern- und Arbeitsmaterial, weiterführendes Material sowie einen abschließenden Workshop zur Reflexion des erlernten. Die getroffenen Entscheidungen im Bereich der Technik sowie des Lehr-Lern-Materials werden jeweils didaktisch begründet.
Eine neue Programmiersprache zu erlernen kann für Anfänger:innen manchmal schwer sein, selbst für Programmiersprachen wie Python, die bekannt dafür sind Einsteigerfreundlich zu sein. Denn selbst wenn die Syntax eines Python Programms schnell verstanden wird, ist oft nicht direkt erkenntlich wie der Code hinter dem Programm funktioniert. Anfänger:innen können dabei auch auf ihre Grenzen stoßen, den Ablauf eines Programmes nur alleine durch den Programmcode zu verstehen. Denn der Text der den Code ausmacht, kann auch nur bis zu einem gewissen Grad vermitteln wie oder was genau abläuft. Um den Ablauf eines Programms besser vermitteln zu können, wird der Code oft z.B. mit Diagrammen visualisiert. Visuelle Elemente können ebenfalls zusätzlich zum Code mehr Unterstützung leisten. Das Thema dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Visualisierung von Python Programmen in der Entwicklungsumgebung Visual Studio Code, um Programmieranfänger:innen und Student:innen beim Erlernen der Programmiersprache Python zu unterstützen. Die Entwicklung der Visualisierung beinhaltet, das Erstellen einer Erweiterung in Visual Studio Code, die unter anderem das Debug Adapter Protocol einsetzt um mit dem Python Debugger zu kommunizieren.
Ziel dieses Projekt war, an einem existierenden, funktionierenden und LabVIEW-programmierten Roboter Verbesserungen durchzuführen, damit er stabiler, robuster, einfacher zu benutzen ist, und damit er in seinen Aktionen wiederholbar ist. Der Roboter wurde aus dem Starter-Pack von National Instruments (NI) gebaut, der ein MyRIO-Programmiergerät enthält. Dieses lässt sich in einer graphischen Programmierungssprache (LabVIEW) programmieren, die mehrere Aktionen parallel durchführen kann und in der Industrie weit verbreitet ist. Der Roboter wurde von einem vorherigen Team schon begonnen und konzipiert und besteht aus 3 Etagen, die die Motoren, die mechanischen Teilen und das elektronische Material behalten. Die Mechanik und die Elektronik waren funktionell, aber weder robust noch dauerhaft. Die Programmierung enthielt einige Fehler, die zuerst korrigiert werden mussten. Eine Zeit war nötig, um die vorherigen technischen Lösungen anzuschauen und um sich mit der Programmierung in LabVIEW vertraut zu machen. Dann wurde vor dem ersten Wettbewerb das System für die Aufgabe der Sortierung der Bälle mit einer opaken 3D-bedruckten Abdeckung ausgestattet, um den lichtempfindlichen Sensor vor Licht zu schützen und die vorige Alufolie mit einer robusten Lösung zu ersetzen. Unser Team, das aus drei bis fünf Studenten (abhängig von den Semestern) besteht, hat am 4. Oktober 2018 an einem Wettbewerb der Firma National Instruments teilgenommen, bei dem ein Roboter verschiedene Aktionen selbstständig auf einer Strecke durchführen soll. Ziel dieses Wettbewerbs ist es, die Teamarbeit und die Produkte von National Instruments durch den Bau eines Roboters und dessen Programmierung aus einem MyRIO-Gerät zu fördern. Der Wettbewerb fand bei der Veranstaltung „NI Days“ statt und sah fünf Teams französischer Studenten gegeneinander antreten. Unser Roboter gewann den ersten Platz im Wettbewerb, indem er die meisten Punkte in den Runden erzielte. Nach dem Wettbewerb wurde der Schwerpunkt auf die Mechanik und die Programmierung gelegt, da es noch Probleme gab und um die technischen Lösungen des Roboters robuster zu machen. Dabei wurden Schutzteile von Liniensensoren konzipiert und die Dimensionierung des Arms für die Aufgabe der Rohre begonnen, was danach von einem anderen Teammitglieder weitergeführt wurde. Bezüglich der Programmierung wurde das Frontpanel komplett geändert und die Klarheit des Programms anhand von Kommentaren und Beschreibungen verbessert, um das Programm einfacher und benutzerfreundlicher zu machen. Danach wurden die Probleme der Datei gelöst, die die Zustände des Roboters im Embedded Modus aufschreibt, damit wir Informationen haben, wenn es auf der Strecke einen Fehler gab. Schließlich galt es, die Regelung der Hauptmotoren des Roboters zu verbessern, um seine Verfahrgeschwindigkeit zu erhöhen und gleichzeitig sicherzustellen, dass er die Linie nicht verlässt. Dieses ermöglichte, die Ausführungsgeschwindigkeit der Strecke zu erreichen, die 1,4-mal höher war als die vorherige Geschwindigkeit. Am Ende dieser Arbeit wird ein neues Team von drei bis fünf Studenten das Projekt übernehmen, um sich auf den nächsten Wettbewerb vorzubereiten und den Roboter weiter zu verbessern.
In Unternehmen entstehen beim Prozess der digitalen Transformation stetig neue Anwendungen und Auswertungen. Es wird viel Zeit und Geld in digitale Lösungen investiert, die das Arbeitsumfeld verbessern. Die Plattformen zur Verwaltung und Verteilung dieser werden dabei jedoch häufig vernachlässigt.
Ziel dieser Arbeit ist es eine solche Plattform in Form eines App-Stores für den Standort zu entwickeln. Dabei liegt der Fokus auf der Verbesserung der App-Nutzung, was durch eine nutzerfreundliche Oberfläche für Endanwender und Entwickler erreicht werden soll. Weiterhin ist eine hohe Wartbarkeit der Plattform notwendig, damit sie auch von einem kleinen Team betrieben werden kann.
Zunächst wurde analysiert, welche Architektur und Technologien für die Umsetzung gut geeignet und welche vom Unternehmen vorgegeben sind. Dabei stellte sich heraus, dass eine Microservice-Architektur am besten geeignet ist. Als Technologie stand lediglich das Framework zur Frontendimplementierung zur Wahl, hier war Angular am besten geeignet.
Durch die Verwendung eines iterativen Prozesses konnten bereits zu Beginn die späteren Nutzer in die Entwicklung eingebunden werden. Dies ermöglichte das Ermitteln aller Anforderungen und Entwerfen einer nutzerfreundlichen Oberfläche. Dieses iterative Vorgehen wurde auch während der Implementierung eingesetzt. Dazu wurden mit Testdaten befüllte Versionen bereitgestellt, damit Nutzer frühzeitig Rückmeldung geben konnten.
Diese Bachelorthesis befasst sich mit der Testung eines an der TU München entwickelten Biosignalverstärkers zur Registrierung von auditorisch evozierten Potentialen. Ziel dieses Projekts ist die Charakterisierung dieses Verstärkers. Dabei soll geprüft werden, ob der Verstärker AEPs registrieren und um verstellbare Faktoren verstärken kann. Dafür wurde eine MATLAB – Software implementiert, die es erlaubt über eine Soundkarte akustische Signale mittels Kopfhörer auszugeben und zeitgleich die vom Verstärker registrierten Potentiale einzulesen, zu Mitteln und sie grafisch darzustellen.
Erste Versuche wurden mit der Loop Back Box von Interacoustics, einem Schwingkreis, der einen künstlichen Patienten simuliert, durchgeführt. Diese Versuchsreihen zeigten, dass reale Signale gemessen werden. Anschließend konnten Probandenmessungen mit dem Verstärker und Referenzmessungen mit der Eclipse von Interacoustics durchgeführt werden. Bei sämtlichen Messreihen zeigte sich im Vergleich der beiden Systeme hohe Ähnlichkeit der Kurvenverläufe. Insbesondere das zeitliche Auftreten der Jewett V, der größten gemessenen Amplitude, war nahezu identisch. Allerdings stimmen die Amplitudenwerte nicht überein. Während die Amplitude der Jewett V bei Messungen mit der Eclipse um die 1µV erreichte, war die Amplitude beim Verstärker nur ein bis zwei Nanovolt groß. Damit ist die Verstärkung um ein tausendfaches geringer als bei der Eclipse.
Anhand der gewonnenen Erkenntnisse konnten Hardware technische Optimierungen evaluiert und diskutiert werden.
Modellprädiktive Regelung findet zunehmend Anwendung im industriellen Umfeld. Durch schnellere Computer und optimierte Programmierung ist es heute möglich, rechenintensive Regelalgorithmen in Echtzeit auf Mikrocontrollern zu berechnen. Eine besondere Herausforderung besteht jedoch darin, diese Technologie in der Realität einzusetzen. Weil exakte Kenntnisse über das reale System vorliegen müssen, können geringfügige Modellierungsfehler bei der Prädiktion für lange Prädiktionshorizonte schwerwiegende Folgen haben. Das ist insbesondere der Fall, wenn Systeme instabil sind und zu chaotischem Verhalten neigen.
Diese Arbeit behandelt ein breites Spektrum systemtheoretischer Inhalte und zielt darauf ab, ein reales Furuta-Pendel durch modellprädiktive Regelung in der instabilen Ruhelage zu stabilisieren. Hierfür wird ein mathematisches Modell als Prädiktionsmodell hergeleitet, welches durch verschiedene Systemidentifikationsmethoden spezifiziert und validiert wird. Es werden verschiedene Filter-Techniken wie das Kalman-Filter zur Zustandsschätzung oder das Exponential Moving Average (EMA)-Filter zur Filterung von Sensordaten eingesetzt.
Das Furuta-Pendel ist ein komplexes mechatronisches System. Die Aufgaben dieser Arbeit beschränken sich daher nicht nur auf theoretische Aspekte. Neben der Auslegung elektrischer Bauelemente und Schaltungen werden zusätzliche Sensoren zu einem bestehenden System hinzugefügt und mechanische Anpassungen vorgenommen. Darüber hinaus werden Entscheidungen zur Softwarearchitektur getroffen sowie die gesamte Implementierung auf einem Mikrocontroller durchgeführt.
Trotz intensiver Bemühungen konnte kein Modell gefunden werden, welches die gemessenen Ein- und Ausgangsdaten vergleichbar simulieren kann, sodass es den Anforderungen der modellprädiktiven Regelung entspricht. Stattdessen gelang es während der Systemidentifikationsphase einen Linear Quadratic Regulator (LQR) mit unterlagertem Proportional–Integral (PI) Stromregler als Kaskade zu entwerfen, der sowohl simulativ als auch in der Realität das Pendel stabilisieren kann.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Dynamik der Konsensbildung in sozialen Netzwerken mit unterschiedlichen Strukturen. Dafür wird mittels des Naming Games die Kommunikation mit dem Ziel der Konsensbildung simuliert und analysiert. Es geht dabei um die Frage, welchen Einfluss die unterschiedlichen Netzwerkstrukturen auf die Dynamik der Simulationen haben. Neben den unterschiedlichen Netzwerkstrukturen werden weitere Faktoren gesucht und analysiert, welche die Dynamik der Konsensfindung beeinflussen. Dafür werden die Simulationen unter bestimmten Parametern und Eigenschaften mehrfach wiederholt. Aus diesen mehrfachen Durchführungen wird eine repräsentative Simulation ausgewählt und untersucht. Hinsichtlich der Frage nach dem Einfluss der Netzwerkstruktur auf die Dynamik, konnte festgestellt werden, dass die Dichte des dem Netzwerk zugrundeliegenden Graphen einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz der Kommunikation hat. Mit steigender Dichte steigt auch die Effizienz der Kommunikation. Zudem konnten zwei weitere wesentliche Einflussfaktoren ausgemacht werden: sogenannte Autoritäten und Announcements. Bei Autoritäten handelt es sich um Teilnehmer, welche besonders viele weitere Teilnehmer der Simulation kennen und bei Announcements handelt es sich um eine Form der Kommunikation, die zu einem Zeitpunkt zwischen mehr als zwei Teilnehmern stattfinden kann. Das Hinzufügen dieser Parameter führt wieder zu einer veränderten, effizienteren Dynamik.
Durch den stark wachsenden Klinikcampus des Universitätsklinikums Freiburg ist die zentrale Versorgung mit medizinischem Sauerstoff an ihrer Kapazitätsgrenze angelangt. Es handelt sich um ein großflächiges, teilweise über viele Jahrzehnte altes Ringleitungssystem, an das immer wieder neue Kliniken und Institute angeschlossen wurden.
Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist eine umfangreiche Untersuchung und Beurteilung von Sicherheits- und Kapazitätsparametern der zentralen medizinischen Gasversorgung. Hierzu erfolgte zunächst eine Literaturrecherche zum aktuellen Stand der Technik. Danach wurde eine Umfrage an insgesamt 14 deutschen Universitätskliniken mit ähnlicher Ringleitungstopologie durchgeführt. Es zeigte sich, dass in den meisten Fällen bisher noch keine detaillierte Analyse des eigenen Ringleitungssystems für medizinische Zwecke durchgeführt wurde.
An der Universitätsklinik Freiburg erfolgte die Analyse des Ringleitungssystems mit Hilfe der nicht-invasiven Clamp-On Messmethode für Gase. Dabei wurde als erstes festgestellt, dass die Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb des Ringleitungssystems im Mittel so niedrig sind, dass keine Brandgefährdung vom z.B. durch die Selbstentzündung von Sauerstoff für die Klinik zu erwarten ist. Es stellte sich weiter heraus, dass für die Notversorgung der einzelnen Kliniken und Institute die Dimensionierung der Flaschenbatterien in lokalen Gasunterzentralen deutlich zu gering ist und dort nachgebessert werden sollte. Im Hinblick auf die o.g. Umfrage ist diese Masterarbeit sicher auch für andere Universitätskliniken bzw. Kliniken mit Campusinfrastruktur mit ähnlicher Ringleitungstopologie interessant.
The current thesis conducts the study on the integration of digitalization techniques aimed at improving energy supply efficiency in off-grid energy systems. The primary objective is to fortify the security of energy supply in remote areas, particularly in instances of adverse weather conditions, unanticipated changes in load and fluctuations in the performance of renewable energy systems. This objective is to be achieved through the implementation of a smart load management strategy in stand-alone photovoltaic systems (SAPVS). This strategy involves deployment of forecasting algorithms on an edge device that operates with limited processing resources in an environment characterized for the lack of internet connection. The edge device is designed to interact with a smart home gateway that prioritizes, and schedules smart appliances based on the forecasted state of charge (SOC) in the 36-hours ahead of the SAPVS operation (the implementation of the loads schedule deployed on the Home Assistant device is out of the scope of the tasks implemented for this project).
The edge device, developed using a Raspberry Pi 3B+, was specifically intended for being implemented along with a SAPVS, in remote areas such as health stations in Africa and tropical islands, providing communities with a reliable source of electrical energy. The deployment of the strategy was carried out in four phases. The first phase involved the implementation of an Extraction-Transformation-Load (ETL) pipeline, where data was gathered from various heterogeneous hardware sources of an implemented test system that served as the enabler and testbench of this research, this test stand is composed of power electronics components such as an inverter, a MPPT solar charge controller, a smart meter, and a BOS LiFePo4 battery prototype. In the transformation stage, a data model was developed to identify the most critical parameters of the energy system, and to eliminate outliers and null values. In the load stage, a local SQL database was established for saving and structuring the data gathered and to ensure high-quality data with defined units and casting.
The second phase involved data analysis to identify the relevant features and potential exogenous variables for the forecasting model to implement. In the third phase, an Auto Regressive Moving Average (ARMA) model with two selected exogenous variables was implemented to forecast the AC load consumption profile for the 36- hours ahead of the off-grid system operation. The final phase involved the information exchange with the Home Assistant device, by transferring to it from the edge device the battery SOC present value and the predicted 36-hour ahead AC load profile information for prioritization and scheduling of loads; this through an MQTT interface.
The outcome of the experiment was a successful deployment of a data engineering and data forecasting approach that enabled data quality strategy implementation, local database storage, and forecasting algorithms on a processing and internet-constrained edge device. The interface with a home assistant implementation resulted in the successful execution of smart load management endeavors in an off-grid system, thereby enhancing the energy security of supply and contributing to the advancement of data-driven strategies in the rural electrification sector.
This thesis emphasizes the significance of digitalization strategies in smart SAPVS and highlights the potential of edge computing solutions in achieving seamless energy management in smart homes.
"Ad fontes!"
Francesco Petrarca (1301–1374)
In the beginning, there was an idea: the reconstruction of the first "Iron Hand" of the Franconian imperial knight Götz von Berlichingen (1480–1562). We found that with this historical prosthesis, simple actions for daily use, such as holding a wine glass, a mobile phone, a bicycle handlebar grip, a horse’s reins, or some grapes, are possible without effort. Controlling this passive artificial hand, however, is based on the help of a healthy second hand.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Performanz grundlegender Bildverarbeitungsalgorithmen wie einem Gaußfilter und Farbraumkonvertierung, aber auch der Feature Detection-Algorithmen Scale Invariant Feature Transform (SIFT) und Speeded-Up Robust Features (SURF) auf einem Raspberry Pi 4 unter Verwendung von openCV unter Variation der Parameter untersucht. Ein Algorithmus zur Farberkennung der Würfelsteine des Rubik's Cube wurde entwickelt, implementiert und evaluiert. Die Laufzeiten der Algorithmen wurden mit dem Raspberry Pi 4 und einem Lenovo P12.Gen Notebook mit Intel-i9 Prozessor gemessen. Die Ergebnisse wurden verglichen und diskutiert.
Thema der Bachelorarbeit ist die OTA-Technologie, welche es ermöglicht, die Firmware eines Embedded Systems zu aktualisieren. Es wird die Funktionsweise eines OTA-Updates an einer reellen Implementierung gezeigt. Anschließend wird eine Komplettlösung für OTA-Updates, die Amazon IoT Core Platform, aufgezeigt. Die Nachteile dieser Komplettlösung sollen in die Konzeption und Implementierung einer Alternative mittels eines Mesh-Netzwerks einfließen.
As the Industry 4.0 is evolving, the previously separated Operational Technology (OT) and Information Technology (IT) is converging. Connecting devices in the industrial setting to the Internet exposes these systems to a broader spectrum of cyber-attacks. The reason is that since OT does not have much security measures as much as IT, it is more vulnerable from the attacker's perspective. Another factor contributing to the vulnerability of OT is that, when it comes to cybersecurity, industries have focused on protecting information technology and less prioritizing the control systems. The consequences of a security breach in an OT system can be more adverse as it can lead to physical damage, industrial accidents and physical harm to human beings. Hence, for the OT networks, certificate-based authentication is implemented. This involves stages of managing credentials in their communication endpoints. In the previous works of ivESK, a solution was developed for managing credentials. This involves a CANopen-based physical demonstrator where the certificate management processes were developed. The extended feature set involving certificate management will be based on the existing solution. The thesis aims to significantly improve such a solution by addressing two key areas that is enhancing functionality and optimizing real-time performance. Regarding the first goal, firstly, an analysis of the existing feature set shall be carried out, where the correct functionality shall be guaranteed. The limitations from the previously implemented system will be addressed and to make sure it can be applied to real world scenarios, it will be implemented and tested in the physical demonstrator. This will lay a concrete foundation that these certificate management processes can be used in the industries in large-scale networks. Implementation of features like revocation mechanism for certificates, automated renewal of the credentials and authorization attribute checks for the certificate management will be implemented. Regarding the second goal, the impact of credential management processes on the ongoing CANopen real-time traffic shall be a studied. Since in real life scenarios, mission-critical applications like Industrial control systems, medical devices, and transportation networks rely on real-time communication for reliable operation, delays or disruptions caused by credential management processes can have severe consequences. Optimizing these processes is crucial for maintaining system integrity and safety. The effect to minimize the disturbance of the credential management processes on the normal operation of the CANopen network shall be characterized. This shall comprise testing real-time parameters in the network such as CPU load, network load and average delay. Results obtained from each of these tests will be studied.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das elektrisch / elektronische System des Hocheffizienzfahrzeugs „Schluckspecht 6“ hinsichtlich seiner Übersichtlichkeit und Modularität optimiert. Essenziell war die Vernetzung der durch verschiedene Projektgruppen erstellten Teilsysteme mittels des neu integrierten CAN-Bus. Im Zuge der Überarbeitung des E/E-Systems wurde auch ein neuer Gesamtfahrzeugschaltplan angefertigt.
Im Rahmen der Optimierung des E-Antriebsstrangs wurde eine neue Motorsteuerung entwickelt, die aufgrund des verbauten Vierquadrantenstellers neben einem zuverlässigen Antrieb des Schluckspecht 6 zukünftig auch die Steuerung und Regelung von Lastmaschinen in – für den Schluckspecht 6 neu entwickelten – Testständen erlaubt. Für die Messdatenerfassung, während Test- und Rennläufen sowie in den Testständen, wurden diverse Messsysteme realisiert. Dazu gehören die Messung des Motorstroms, der Zwischenkreisspannung und der Motordrehzahl. Basierend auf der Motorstrommessung und Zwischenkreisspannungsmessung wurde eine Stromregelung implementiert, um die Bedienfreundlichkeit und Effizienz des S6 im Rennbetrieb zu erhöhen.
MPC-Workshop Februar 2020
(2021)
When a patient with hearing aids needs to partake in audiometry procedures they need to visit a specialist which costs both time and money. Ideally, the patient should be able to conduct these tests alone, during their own time, and without additional costs. With this idea comes the question of if whether this is possible or not, and, if it is, how.
This thesis explores the throughput of Bluetooth Low Energy and if it is configurable to have a high enough data rate to send high quality audio data with a lossless audio codec while communicating with a low end device. Additionally, this thesis will show that using Rust to develop embedded software is possible and how using it can make the process of doing so easier.
In modernen Industrieautomatisierungssysteme kann die IT-Sicherheit nicht mehr ignoriert werden. Um dem Datenverkehr Schutz zu bieten, sind kryptografische Schutzmaßnahmen notwendig. Eine gängige Schutzmaßnahme ist die Verwendung von digitalen Zertifikaten zur Autorisierung und Authentifizierung. Um Zertifikate sicher und geregelt auf Endgeräte zu bringen, ist jedoch eine Public-Key-Infrastructure notwendig. Solche PKIs sind bisher wenig im Umfeld der Industrieautomatisierung untersucht. Das Institut für verlässliche Embedded-Systems der Hochschule Offenburg bietet hierfür eine mögliche Lösung, welche auf einer zentralen Einheit, genannt Credentialing Entity, basiert. Ein Demonstrator dieses Konzepts wurde bereits in den weit verbreiteten Systemprogrammier-sprachen C und C++ implementiert.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verwendung der modernen speichersicheren Programmiersprache Rust in der Systemprogrammierung als Alternative zu den Domänenführern C/C++ am Beispiel der Implementierung der Credentialing-Entity untersucht. Hierbei werden Aspekte wie die Vorzüge Rusts, dessen Ökosystem und Interoperabilität mit den Marktführern C/C++ untersucht.
Diese Arbeit befasst sich mit der Redigitalisierung von ausgedruckten Architektur-zeichnungen mit möglichst einfachen Mitteln. So sollen Fotos von herkömmlichen Smartphones die Grundlage für die Extraktion von Maßstab und Raumgeometrien sein.
Der erste der drei Schritte, die das Foto dabei durchläuft, ist die Beseitigung von perspektivischen Verzerrungen (Rektifizierung). Die hierfür benötigten Punkte werden durch ein, in dieser Arbeit trainiertes, Convolutional Neural Network (CNN) detektiert. Die so ermittelten Positionen stellen im zweiten Schritt, der Ermittlung eines Maßstabes, die Grundlage für das Auslesen der Maßzahlen mittels optical character recognition (OCR) dar. Da Räume nicht als solche in Bauzeichnungen eingezeichnet sind, werden im letzten Schritt, zuerst Wände, Türen und Fenster, durch mehrere mathematische Faltungen (convolutions) lokalisiert und innerhalb dieser Elemente, mittels wachsender Regionen, nach Räumen und Fluren gesucht.
Nach dem ein Foto diese Schritte durchlaufen hat, werden die ermittelten Geometrien sowie der Maßstab in einer Liste abgespeichert und im rektifizierten Bild, zusammen mit den berechneten Flächeninhalten, visualisiert. So kann ein Anwender schnell und einfach den Erfolg des Programmoutputs beurteilen.
Eine Versuchsreihe mit einigen Fotos ergab, dass ein Schattenwurf auf dem Papierplan bei Aufnahme des Lichtbildes zu vermeiden ist, da dieser sowohl bei der Auswertung durch das CNN, als auch innerhalb des OCR-Vorgangs zu Problemen führt, die in einigen Fällen eine Rektifizierung oder Maßstabsermittlung verhinderten.
Bei den übrigen fünf Fotos wurden durchschnittlich 31,8 von 32 Räumen detektiert, dabei wurde zwischen zwei und zwölf mal fälschlicherweise die Fensterbank als Fußboden detektiert. Die Standardabweichung der Flächeninhalte aller Räume betrug dabei 0,66 m², werden nur die Räume betrachtet, bei denen die Fensterbank korrekt erkannt wurde, beträgt die Standardabweichung lediglich 0,25 m².
Insgesamt werden die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse als „gut“ eingestuft, es bleiben jedoch auch einige Optimierungsmöglichkeiten an verschiedenen Stellen, besonders bei der Suche nach Räumen, bestehen.
Konzeption und Realisierung eines Ansatzes zur Systemintegration eines Fahrerlosen Transportsystems
(2021)
Bei dem flexiblen interaktiven Transportroboter zur mobilen Produktionsunterstützung (FLITZMO) handelt es sich um ein Transportsystem, welches zum autonomen Fahren vorbereitet werden soll. In dieser Bachelorarbeit wird die Integration von Systemkomponenten, welche das autonome Fahren ermöglichen, beschrieben.
Das Ergebnis dieser Bachelorarbeit umfasst einen Schaltplan welcher für zukünftige Teilprojekte genutzt sowie sukzessive erweitert werden kann. Zudem wird die Montage und Integration neuer Komponenten beschrieben. Durch das neue Kabelmanagement ist es möglich, die Sicherheitsrelais zu verdrahten und in Betrieb zu nehmen.
Die freie Software OpenSSH erlaubt den sicheren Fernzugriff auf entfernte Rechner über das Netzwerk oder Internet und kommt auf vielen Linux-Rechnern zum Einsatz. OpenSSH ermöglicht verschiedene Wege der Authentifizierung, unter anderem mit Hilfe von asymmetrischen Schlüsseln. Im Standardfall existiert hierbei für jedes Nutzerkonto auf dem Zielrechner eine Datei mit den public-Keys der zugriffsberechtigten Nutzer, welche manuell gepflegt wird. Diese Art der Zugriffskontrolle wird jedoch schnell unübersichtlich, sobald viele Mitarbeiter auf viele Server zugreifen dürfen. Um den Überblick über zugriffsberechtigte Nutzer zu behalten, ist es deshalb notwendig, zur Verwaltung eine zusätzliche Software einzusetzen. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine solche Verwaltungssoftware konzipiert werden. Nach einer Analyse bestehender Systeme werden die Gründe für die Wahl eines der Tools dargestellt sowie die anschließende Weiterentwicklung der gewählten Software dokumentiert.
Die Arbeit beinhaltet die Konzeption und den Aufbau eines Prüfstandes für den Elektromotor sowie den Antriebsstrang des Hocheffizienzfahrzeugs "Schluckspecht S6" der Hochschule Offenburg. Neben Beschreiben des Vorgehens bei dem Entwerfen von benötigten CAD-Modellen wird auch auf die Auswahl und Implementierung elektronischer Komponenten sowie die Programmierung des verwendeten Mikrocontrollers eingegangen. Die Ergebnisse eines ersten Tests des Prüfstandes werden außerdem aufgezeigt und diskutiert.
Ziel der Thesis war zuerst eine kurze Literatur-Recherche und eine Einarbeitung in die Automatisierungstechnik (insbesondere in Robotik, speicherprogrammierbare Steuerungen, Bildverarbeitung und Kommunikationsmöglichkeiten), dann die Konzeption und der Aufbau eine Schulungszelle, mit der die Studenten in die Praxis umsetzen können, was sie im Labor gelernt haben und am Ende die Herstellung von Schulungsunterlagen.
Dafür wurde eine mehrstufige Lösung ausgewählt und betrachtet. Diese Lösung besteht in erster Linie in der Erforschung über die verschiedenen verfügbaren Komponenten. das heißt, die Bedienung und die Programmierung eines Universalroboters(UR5e), einer Sensopart-Kamera, eines Wago-PLC mit der Festo Pick-Place didaktisch Station und natürlich die Steuerung ihrer verschiedenen Software zu beherrschen. Dann folgen die Konzeption und der Aufbau der Schulungszelle, die Programmierung einer didaktischen Applikation, die den Studenten als Beispiel dient, und schließlich die Erstellung einer Anleitung dieser Applikation.
Diese Arbeit befasst sich mit agilen Methodiken zur Konzeption einer Softwarearchitektur. Es wurden Vorgehensweisen der Anforderungserhebung basierend auf themenspezifischer Literatur recherchiert und angewandt. Passend zu den Anforderungen wurden Architektur- und Dokumentationsmittel gewählt, welche die Konzeption der Architektur sowie die Implementierung der geforderten Software zum Erstellen und Ausführen von Lasttests auf softwarebasierten Langzeitarchivsystemen erleichtern sollen. Ein bestehendes Softwaresystem, welches bisher diese Aufgabe übernommen hat, wurde als Grundlage einer Neuentwicklung in Betracht gezogen. Es wurde dahingehend analysiert, aber begründet verworfen. In der Konzeptionsphase wurde eine Lösungsstrategie ermittelt sowie die Struktur der Architektur geplant und dokumentiert. Anhand eines beispielhaften Datenflusses wurde die Realisierbarkeit des Modells nachgewiesen. Auf Basis einer frei zugänglichen Architekturdokumentationsvorlage wurde eine Dokumentation des Konzeptes erstellt, welche einen schnellen Start in die agile Entwicklungsphase ermöglichen soll.
Um die Akzeptanz und Relevanz von Mailings zu steigern, ist es für Unternehmen wichtig, die Kundeninteressen möglichst gezielt anzusprechen. Bereits jetzt wird die E-Mail-Marketing Lösung Inxmail Professional zusammen mit Recommender Systemen eingesetzt, was das Erstellen und Versenden von E-Mails mit personalisierten Produktempfehlungen ermöglicht. Das notwendige Wissen für den Aufbau und den Betrieb dieser Recommender Systeme liegt dabei jedoch bei (externen) Technologie-Partnern, wodurch höhere Kosten und zusätzliche Abhängigkeiten für Inxmail und seine Kunden entstehen.
Mit dieser Arbeit wurde erforscht, was es für das Unternehmen Inxmail bedeutet, mit Open-Source-Software ein eigenständiges Recommender System aufzubauen und in die E-Mail-Marketing Lösung Inxmail Professional zu integrieren. Hierfür wird Inxmail Professional in einem typischen Kontext mit einem angebundenen Onlineshop System betrachtet. Das Recommender System soll anhand der Daten, die es aus dem Onlineshop System bekommt, individuelle Produktempfehlungen berechnen, um diese automatisiert beim Versand für jeden Empfänger abfragen und in die E-Mail integrieren zu können.
Auf Basis des Machine Learning Servers Harness und der integrierten Universal Recommender Engine wurde ein Recommender System aufgebaut.
Für die Integration des Onlineshop Systems Shopware wurde ein Plugin entwickelt, welches das Recommender System über alle relevanten Benutzeraktionen benachrichtigt. Die Inxmail Professional Integration basiert auf einem Webservice, der implementiert wurde, um die individuellen Produktempfehlungen für einen Kunden/Empfänger beim Recommender System abzufragen und mit den Detailinformationen zu den Produkten aus dem Onlineshop aufzubereiten.
Es konnte gezeigt werden, dass auf der Grundlage von Open-Source-Technologien ein eigenständiges Recommender System aufgebaut, evaluiert und in Inxmail Professional mit angebundenem Onlineshop System integriert werden kann. Der Gesamtprozess für die Evaluation des Systems wurde weitestgehend automatisiert, wodurch viele manuelle und zeitintensive Schritte über Steuerungsskripte abgehandelt werden können. Das System erlaubt die reibungslose Verarbeitung großer Datenmengen (> 19.000.000 Events) auf einem einzelnen Server. Die Vorhersagequalität wurde anhand realer Interaktionsdaten aus öffentlichen E-Commerce-Datensätzen mit Offline-Tests gemessen. Dadurch wurde sichergestellt, dass das System in der Lage ist, bei stetig wachsender Eventmenge zuverlässige aufempfehlungen zu berechnen. Die Tests haben gezeigt, dass bei mehreren Millionen Events von mehreren Tausend Benutzern für mehrere Tausend Produkte, 13 % bis 15 % aller tatsächlichen Käufe in den Top-10 der vom System vorgeschlagenen Empfehlungen enthalten waren.
Damit wurde die Grundlage für den selbstständigen Aufbau und Betrieb eines Recommender Systems gelegt, was eine sinnvolle und kostengünstige Alternative zu externen Systemen sein kann.
Implementierung und Automatisierung von Performance-Tests aus den Erkenntnissen von Last-Tests
(2021)
Die Website des bayerischen Fußball-Verbandes hatte anfangs Performance Probleme, weshalb es zu Abstürzen der Seite kam. Um das Problem zu lösen wurden Last-Tests eingeführt. Diese können allerdings nicht immer ausgeführt werden, weshalb ein Performance-Test erstellt werden soll. In dieser Arbeit wird das Verhalten von Webservern unter Last analysiert, um einen Performance-Test zu entwickeln.
Um das Verhalten beurteilen zu können, wurden auf einem lokalen Computer Last-Tests ausgeführt und analysiert. Dabei fiel auf, dass die Steigung der Response Time nicht linear ansteigt im Vergleich zu den virtuellen Usern. Die Funktion steigt ab einem gewissen Punkt stark und nähert sich einer Asymptote an. Dieser Punkt ist durch eine Formel berechenbar.
Aus diesen Ergebnissen wurde eine Berechnungsformel entwickelt, die anhand von Messungen die Performance einer Website berechnen kann. Die Formel wurde in ein Testskript integriert, das die Website Ressourcen automatisch scannt und die Messungen ausführt. Der erstellte Test wird zum Schluss ausgeführt und teilweise automatisiert.
Das Ziel der Arbeit ist zu erforschen, ob die Erstellung eines Digital Twin des Hamburger Hafens durch Open Source Lösungen realisierbar ist. Die Grundlagen führen in die Themen Digital Twin und Smart City ein. Es wird darauf eingegangen, welche Vorteile durch die Verwendung eines Digital Twins gewonnen werden können und wie sich die verschiedenen Digital Twin-Typen unterscheiden. Es werden verschiedene Architekturen anhand eines Smart City Index weltweit evaluiert, um ein geeignetes Digital Twin-Framework zu finden. FIWARE hat sich als geeignetes Frame- work erwiesen und wird im Anschluss analysiert. Anhand der Evaluierung wird ebenfalls das 3D-Visualisierungs Framework CesiumJS als Open Source Lösung ermit- telt. Das Unternehmen Hamburg Port Authority wird vorgestellt und die interne IT- Infrastruktur betrachtet. Anhand der Architekturdokumentation arc42 werden die Anforderungen und die erforderliche Architektur in Zusammenarbeit mit der Hamburg Port Authority ermittelt. Im Anschluss wird der Architekturentwurf anhand eines Prototyps implementiert. Probleme oder Anforderungen, die nicht erfüllt werden können, werden beschrieben. Abschließend werden die Ergebnisse und das Fazit der Hamburg Port Authority zusammengefasst.
Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, eine automatisierte Bildausschnittkontrolle für die Low Code Plattform Intrexx zu implementieren. Diese soll mit Hilfe eines geeigneten Künstliche Intelligenz Frameworks Gesichter in Bildern erkennen und diese anschließend ausschneiden. Die Benutzer*innen sollen die Ausschnitte außerdem noch manuell anpassen können. Die Implementierung erfolgt mittels Typescript innerhalb einer Webkomponente, um eine Verwendung innerhalb von Intrexx zu ermöglichen. Nach einem Vergleich verschiedener technologischer Ansätze hat sich Tensorflow als geeignetes KI-Framework herausgestellt. Im Rahmen einer Performance-Analyse wurden außerdem verschiedene Tensorflow-Modelle miteinander verglichen.
Die Impedanzkardiografie ist ein nicht-invasives Verfahren zur Messung der Funktion des Herzens, welche wiederum auf der Erfassung von elektrischen Impedanzänderungen im Thorax basiert. Die Verbindung der Impedanzkardiografie mit der biomechanischen Stimulation der Beinmuskulatur hat das Potenzial, die kardiale Ausgangsleistung zu verbessern und somit die körperliche Leistungsfähigkeit zu steigern. In dieser Bachelorarbeit wurden die Auswirkungen der biomechanischen Stimulation der Beinmuskulatur und der Stimulationsfrequenz auf die Impedanzkardiografie untersucht. Zu diesem Zweck wurden Messungen an überwiegend gesunden Probanden durchgeführt, bei denen die Impedanzkardiografie in Ruhe vor und in Ruhe nach der biomechanischen Stimulation der Wade, der Fußsohlen, der Taille und des Gesäßes durchgeführt wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass die biomechanische Stimulation der Beinmuskulatur vor allem die Arbeitsparameter und somit die Leistungsfähigkeit verbessert hat. Der mittlere arterielle Blutdruck zeigt einen signifikanten Unterschied, mit Werten von 94,53 ± 6,52 mmHg vor der Stimulation bis 86,46 ± 6,98mmHg nach der Stimulation. Die mittlere linksventrikuläre Arbeitszeit zeigt ebenfalls einen großen Unterschied von 7,95 ± 1,06 kg*m vor der Stimulation zu 7,17 ± 1,04 kg*m nach der Stimulation. Diese Ergebnisse können in der zukünftigen Forschung zur Entwicklung von Trainingsprogrammen zur Leistungssteigerung genutzt werden. Darüber hinaus könnten diese Ergebnisse bei der Schmerzbehandlung eingesetzt werden, da es Hinweise darauf gibt, dass die biomechanische Stimulation die Mikrozirkulation fördert.
In dieser Arbeit wird die Identifikation von Trägheitsparametern von Mehrkörpersystemen, am Beispiel eines ein aus vier Segmenten bestehenden Roboterarms untersucht. Es werden verschiedene neuronale Netzarchitekturen zur Identifikation der Trägheitsparameter des Roboterarms exploriert. Als Referenz für das Abschneiden der Ansätze wird ein vorab implementierter numerischer Optimierungsansatz, welcher mittels der Software „Matalb“ umgesetzt wurde, benutzt. Der Ansatz zum Aufstellen der benötigten Bewegungsgleichungen und die Formulierung des Regressionsproblems unterscheidet sich von den in der Literatur verwendeten Ansätzen, und beruht auf einem neu entwickelten Sensorkonzept der Hochschule Offenburg (des Sweaty Labors).
Der numerische Ansatz, insbesondere nach Linearisierung des Problems, erzielte herausragende Ergebnisse und konnte die idealen Parameterwerte präzise identifizieren. Demgegenüber standen die neuronalen Netzwerke, deren Potenzial trotz umfassender Untersuchung verschiedener Architekturen und Ansätze nicht vollends ausgeschöpft werden konnte. Die Resultate zeigen deutlich die Grenzen und Herausforderungen bei der Anwendung maschineller Lernmethoden in der spezifischen Aufgabenstellung der Trägheitsparameteridentifikation auf.
Diese Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen bei der Anwendung neuer Messtechnologien und Berechnungsverfahren in der Robotik. Die überlegene Leistung des numerischen Solvers gegenüber den neuronalen Netzansätzen unterstreicht die Bedeutung weiterer Forschungen in diesem Bereich.
Im Rahmen dieser Masterthesis wird ein quasi energieautarkes, nicht-invasives Messsystem für Kleinstlebewesen entwickelt, das Vitalparameter erfasst und diese in einem FRAM-Speicher bis zum Auslesen abspeichert. Durch eine drahtlose RFID-/NFC-Ausleseschnittstelle kann die erfasste Körpertemperatur und der Puls der letzten Wochen ausgelesen werden. Alle Einstellungen des Messsystems können durch einen geeigneten RFID-Reader für Laptops mit eigens entwickelter grafischer Nutzeroberfläche geändert werden. Das vollständige Aufladen des nur 3,3 g leichten und 15 mm x 25 mm großen Messsystems erfolgt durch eine selbstgedruckte RFID-Reader-Antenne in Verbindung mit einem RFID-Reader und benötigt hierzu weniger als 29 Stunden. Bei vollständig aufgeladenem Energiespeicher ist ein Betrieb von 47 Tagen möglich. Dies wird durch ein speziell für das Messsystem konzipiertes Lade- und Powermanagement erreicht. Neben der Auswahl von energiesparenden Komponenten für die Hardware und deren bestmöglichen Nutzung, wurde die Software so optimiert, dass das Programm schnell und stromsparend abgearbeitet wird. Die Erweiterbarkeit und Anpassung wird durch das modulare Konzept auch in anderen Bereichen gewährleistet.
In der vorliegenden Arbeit wird die Auswirkung der biomechanischen Stimulation (BMS) der Beinmuskulatur auf die Herzfrequenzvariabilität (HRV) untersucht. Die HRV charakterisiert die Variabilität der Intervalle aufeinanderfolgender Herzaktionen (beeinflusst durch das vegetative Nervensystem) und liefert Aussagen über die Qualität der Herz-Kreislaufregulation. Eine erhöhte körperliche Aktivität führt zu einer höheren HRV und einem besseren Gesundheitszustand. Die BMS ermöglicht das Hervorrufen einer natürlichen Muskelarbeit, die viel effektiver als ein konventionelles Training ist. Bei 8 Probanden im Alter zwischen 21 und 32 Jahren und mit Sinusrhythmus wurde der Einfluss der BMS (durchgeführt mit 12 Hz oder 16 Hz) auf die HRV analysiert. In der Arbeit werden 16 verschiedene HRV-Parameter (zeitbezogen, frequenzbezogen und nicht linear) auf Veränderungen hin untersucht.
Bei der Auswertung ergab sich eine signifikante Reduktion der mittleren Herzfrequenz nach der Stimulation bei 7 von 8 Testpersonen (p: 0,00687 < 0,5) und zeigte somit eine positive hämodynamische Wirksamkeit der BMS. Die LF-Power (Spektralleistung im niederfrequenten Bereich) mittels FFT reduzierte sich bei 7 von 8 Probanden (p: 0,3181 < 0,5), mittels AR sogar bei 8 von 8 Testpersonen (p: 0,03082 < 0,5). Anhand beider Parameter konnte somit eine Reduktion der sympathischen und parasympathischen Aktivität beobachtet werden. Eine Erhöhung der Tätigkeit des Parasympathikus konnte bei dem VLF% (prozentualer Anteil des sehr niederfrequenten Bereichs bezogen auf das Gesamtspektrum) beider Berechnungsmethoden nachgewiesen werden. Dort hat sich der Wert in beiden Fällen bei 7 von 8 Personen vergrößert. Der SD1-Wert (Standardabweichung der Punktabstände im Poincaré Plot - Querdurchmesser) hat sich bei 2 von 8 Testpersonen erhöht und dementsprechend auch die parasympathische Aktivität (p: 0,1292 < 0,5).
Im Rahmen des Projekts "Myo-Hand" soll ein Prototyp einer myoelektrischen Handprothese entwickelt werden. Diese Prothese soll für handamputierte Menschen nützlich sein, da sie ihren Komfort und ihre Unabhängigkeit im Alltag verbessert und somit zu ihrer Eingliederung in die Gesellschaft beiträgt.
In dieser Abschlussarbeit werden die gesamte Arbeit, Studien und Realisierungen vorgestellt, die in den letzten zwei Semestern (WS2022 und SS2023) der Mechanik der Prothese durchgeführt wurden.
Nach einer kurzen Vorstellung der Arbeit des letzten Jahres wird ein Überblick über die Idee und die allgemeine Funktionsweise der Prothese gegeben, die verschiedene Komponenten umfasst: Elektronik, Machine-Learning, Steuerung, Wiederverwertbarkeit und Carbon Footprint. Das Lastenheft wird ebenfalls vorgestellt.
Die technologischen Entscheidungen werden näher erläutert: das Design der Teile, die Wahl der Verbindungen und die verwendeten Motoren. In einem zweiten Teil werden die Schritte zur Herstellung des ersten und zweiten Prototyps sowie eine Kritik des Ergebnisses vorgestellt. Weiter werden die Verbesserungen und die Ziele bis Januar 2024 besprochen.
Anschließend werden der Lebenszyklus der Prothese und ihr Carbon Footprint analysiert und mithilfe der Software Ecodesign Studio berechnet.
Da die hohe Anzahl an Steuergeräten in einem Fahrzeug von den unterschiedlichsten Automobilzulieferern entwickelt und produziert werden, ist es den einzelnen Steuergeräte-Herstellern nicht möglich, diese während des Entwicklungsprozesses in einem realen Fahrzeug zu testen. Restbussimulationen, womit Fahrzeugnetzwerke softwaretechnisch nachgebaut werden, schaffen hierbei Abhilfe.
Für die Entwicklung konkurrenzfähiger, effizienter und wirtschaftlicher Steuergerätesoftware wird die Embedded Software in einzelne Module unterteilt. Dieser modulare Prozess ermöglicht das Implementieren der Embedded Softwaremodule in Steuergeräte unterschiedlicher Fahrzeughersteller, sodass es zu Kosteneinsparungen während der Entwicklung und Wartung kommt. Steuergeräte, welche in unterschiedlichen Fahrzeugen zum Einsatz kommen und eine hohe Anzahl an gleichen Softwaremodulen besitzen, werden in sogenannten „Plattformen“ gehandelt.
Im Rahmen dieser Arbeit wird, analog zu der Plattformsoftware der Steuergeräte eine Plattform-Restbussimulation entworfen. Sie stellt dem Softwareentwickler während des kompletten Entwicklungszyklus eine lauffähige Testumgebung zur Verfügung, welche wichtige Steuergeräte eines Fahrzeugnetzwerks nachbildet. So werden in dieser Arbeit Konzepte erstellt und implementiert, welche eine effiziente und intuitive Benutzung der Plattform-Restbussimulation ermöglichen und alle Plattformkunden mit einer einzigen Simulationsumgebung abdecken. Dies führt zu einer zeitlichen Einsparung bei der Implementierung, Verwaltung und Bedienung.
In dieser Arbeit sollte eine mögliche Lösung für die Stimulation im Rahmen der auditiven Hirnstammmessung geprüft werden. Mit einer Sequenz, die rechts, links und binaural periodisch stimuliert, wird überprüft, ob somit eine verkürzte Messzeit erzielt werden kann. In Kapitel 3 ist das Vorgehen diesbezüglich genauer beschrieben. Dieses Vorgehen zieht die Generierung einer Stimuli-Sequenz, sowie die beiden verwendeten Messgeräte mit ein. Zum einen wurden Messungen mit der Eclipse und zum anderen mit dem Sentiero durchgeführt. Die MATLAB-Skripte zur Ansteuerung und die Auswertung der evozierten Potenziale sind im darauffolgenden Kapitel 4 zu finden. Die Datenanalyse in Kapitel 5 beinhaltet einerseits die Messergebnisse der Eclipse. Dabei konnte mit der Sequenz erfolgreich eine ABR-Messung durchgeführt werden. Allerdings entstanden bei der Umsetzung in eine Live-Aufzeichnung der BIC Schwierigkeiten, die ebenfalls beschrieben wurden. Des Weiteren werden in Kapitel 5 die beiden Stimulus-Arten(Toneburst und Click) verglichen. Dabei konnten Messergebnisse gesammelt werden, welche die Aussage bestätigen, dass mit dem Click-Reiz höhere Amplituden der FAEP erzielt werden können. Dafür wurde von fünf Probanden die Einzelstimulation gegenübergestellt. Zudem wurde in der Analyse mit Hilfe einer Kreuzkorrelation geprüft, ob eine Verschiebung der Amplituden der rechten und linken Stimulation eine stärkere Ausprägung der DN1 zur Folge hat. Die Ergebnisse zeigten dabei jedoch keine bedeutenden Unterschiede der Amplituden, wobei auf eine Verschiebung verzichtet werden konnte. Ein weiterer Vergleich, der gezogen werden konnte, ist die Gegenüberstellung der Einzelstimulation mit der Sequenz. Für den Vergleich wurden zwei Probanden ausgewählt, die jeweils sowohl eine hohe Reproduzierbarkeit, als auch ähnliche Wellenkomplexe aufzeigten. Der Vergleich beinhaltete das zeitliche Eintreffen der evozierten Potenziale sowie die Ausprägungen der Amplituden. Die Betrachtung beschränkte sich durchweg auf die Amplituden der Welle lll und der Welle V. Bei den Ergebnissen entstand eine Befürwortung für die Verwendung der Einzelstimulationen, da diese eine verkürzte Latenzzeit der Potenziale und höhere Amplitudenausschläge zur Folge hatten. Allerdings konnte unter der Verwendung der Sequenz-Stimulation dennoch bei manchen Probanden eine deutlichere Ausprägung des DN1-Potenzials gezeigt werden.
Ob durch Stimulation mit einer Sequenz eine zeiteffizientere ABR-Messung durchgeführt werden kann, konnte während der Arbeit nicht validiert werden. Um diesbezüglich eine genauere Aussage treffen zu können, werden weitere Messdaten benötigt.
Licht war für die Menschheit schon immer ein Hilfsmittel zur Orientierung. Das Zusammenspiel zwischen hellen und schattierten Oberflächen macht eine räumliche Wahrnehmung erst möglich. Die Lokalisierung von Lichtquellen bietet darüber hinaus für zahlreiche Anwendungsfelder, wie beispielsweise Augmented Reality, ein großes Potential.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein neuronales Netzwerk zu entwickeln, welches mit Hilfe eines selbst generierten, synthetischen Datensatzes eine Lichtsetzung parametrisiert. Dafür wurden State-of-the-Art Netzwerke aus der digitalen Bildverarbeitung eingesetzt.
Zu Beginn der Arbeit mussten die Eigenschaften der Lichtsetzung extrahiert werden. Eine weitere fundamentale Anforderung war die Aufbereitung des Wissens von Deep Learning.
Für die Generierung des synthetischen Datensatzes wurde eigens ein Framework entwickelt, welches auf der Blender Engine basiert.
Anschließend wurden die generierten Bilder und Metadaten in einem abgewandelten VGG16- und ResNet50-Netz trainiert, validiert und evaluiert.
Eine gewonnene Erkenntnis ist, dass sich künstlich generierte Daten eignen um ein neuronales Netz zu trainieren. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass sich mit Hilfe von Deep Learning Lichtsetzungsparameter extrahieren lassen.
Eine weiterführende Forschungsaufgabe könnte mit dem vorgeschlagenen Ansatzdie Lichtinszenierung von Augmented Reality Anwendungen verbessern.
Garbage in, Garbage out: How does ambiguity in data affect state-of-the-art pedestrian detection?
(2024)
This thesis investigates the critical role of data quality in computer vision, particularly in the realm of pedestrian detection. The proliferation of deep learning methods has emphasised the importance of large datasets for model training, while the quality of these datasets is equally crucial. Ambiguity in annotations, arising from factors like mislabelling, inaccurate bounding box geometry and annotator disagreements, poses significant challenges to the reliability and robustness of the pedestrian detection models and their evaluation. This work aims to explore the effects of ambiguous data on model performance with a focus on identifying and separating ambiguous instances, employing an ambiguity measure utilizing annotator estimations of object visibility and identity. Through accurate experimentation and analysis, trade-offs between data cleanliness and representativeness, noise removal and retention of valuable data emerged, elucidating their impact on performance metrics like the log average miss-rate, recall and precision. Furthermore, a strong correlation between ambiguity and occlusion was discovered with higher ambiguity corresponding to greater occlusion prevalence. The EuroCity Persons dataset served as the primary dataset, revealing a significant proportion of ambiguous instances with approximately 8.6% ambiguity in the training dataset and 7.3% in the validation set. Results demonstrated that removing ambiguous data improves the log average miss-rate, particularly by reducing the false positive detections. Augmentation of the training data with samples from neighbouring classes enhanced the recall but diminished precision. Error correction of wrong false positives and false negatives significantly impacts model evaluation results, as evidenced by shifts in the ECP leaderboard rankings. By systematically addressing ambiguity, this thesis lays the foundation for enhancing the reliability of computer vision systems in real-world applications, motivating the prioritisation of developing robust strategies to identify, quantify and address ambiguity.
Vorhofflimmern ist die häufigste tachykarde Herzrhythmusstörung weltweit. Dabei verliert das Herz seinen normofrequenten Sinusrhythmus und schlägt nicht mehr regelmäßig, sondern zu schnell und unregelmäßig. Vorhofflimmern ist normalerweise keine lebensbedrohliche Herzrhythmusstörung, aber es kann zu einem Schlaganfall führen. Die Ursache dieser Herzrhythmusstörung sind die Kreisende bzw. die fokalen Erregungen im linken Atrium, die hauptsächliche aus einer oder mehreren Pulmonalvenen kommen. Die übliche Therapieverfahren des Vorhofflimmerns ist die Pulmonalvenenisolation.
Diese Bachelorthesis beschäftigt sich daher mit der Modellierung unterschiedlicher linksatrialer Fokus-Modelle und intrakardialer Elektrodenkatheter für die Diagnostik und Terminierung von Vorhofflimmern mittels Pulmonalvenenisolation im Offenburger Herzrhythmusmodell nach Schalk, Krämer und Benke, welches in CST
Studio Suite realisiert wurde.
Zu Beginn wurden die verschiedenen linksatrialen fokalen Flimmerquellen modelliert und daraufhin simuliert. Hierbei wurde jeweils eine Simulation mit linksatrialen fokalen Flimmerquellen, die aus einzelnen, dualen oder allen vier Pulmonalvenen kommen, durchgeführt. Es wurde ebenfalls eine weitere Simulation mit Biosignalen (aus der Realität) erstellt. Mit diesen Simulationen konnte nun der elektrische Erregungsablauf sichtbar gemacht werden. Daraufhin wurden die Katheter für die Diagnostik und für die Pulmonalvenenisolation modelliert und in das bestehende Offenburger Herzrhythmusmodell integriert. Bei den Diagnostik-Kathetern handelte es sich um 10-polige Lasso® Katheter, zwei Varianten von PentaRay® NAV eco Katheter und 4-polige Diagnostik-Katheter „OSYPKA FINDER pure®“. Ablationskatheter sind zwei Varianten von Pentaspline Basket pose Katheter und HELIOSTAR™ Ablation Ballon. Abschließend wurden verschiedene Varianten von Isolationsverfahren der Pulmonalvenen modelliert und daraufhin die linksatrialen fokalen Flimmerquellen nach der Isolation der Pulmonalvenen simuliert.
In der vorliegenden Thesis werden Empfehlungsalgorithmen zur Verbesserung von Wein-Empfehlungen evaluiert. Der Algorithmus wird zur Entscheidung zwischen zwei Weinen eingesetzt, so dass der jeweils für den Kunden geeignetere Wein empfohlen wird. Das derzeitige System setzt Collaborative Filtering durch den Alternating Least Squares (ALS) Algorithmus um. Bei Kunden und Weinen, die nicht die notwendigen Bedingungen für die Anwendung von ALS erfüllen, wird durch Zufall entschieden.
Dem bestehenden Ansatz wurden folgenden Verfahren gegenübergestellt: Content-based Filtering mit einen Autoencoder und Hybrid Filtering mit einem neuronalen Netz sowie mit der Empfehlungsbibliothek LightFM. Die neuen Ansätze berücksichtigen immer die Weineigenschaften und können für noch nicht gekaufte Weine eingesetzt werden (Cold-Start Problem). Verglichen wurden die Ansätze durch zwei Ranking-Methoden und einen selbst-entwickelten offline A/B-Test.
Unter den neuen Ansätzen schnitt LightFM am besten ab. ALS lieferte insgesamt die besten Ranking-Werte. Durch ein online A/B-Test zwischen ALS und LightFM konnten keine signifikanten Ergebnisse ermittelt werden. Insgesamt konnte auf Basis der in den Tests gesammelten Daten keine Verbesserung der Empfehlungslogik gegenüber dem bestehenden Verfahren mittels ALS nachgewiesen werden. Für eine abschließende statistisch signifikante Beurteilung müssten mehr online A/B-Tests durchgeführt werden.
Komplexe E-Commerce-Systeme müssen heutzutage immer schneller am Markt sein und sich an diesen anpassen. Dies wird durch SaaS-Services möglich, wodurch sich die Best-of-Breed-Lösungen einsetzen lassen. Der monolithische Ansatz der meisten E-Commerce-Systeme ist für diese Anwendungen nicht mehr geeignet. Abhilfe soll der Composable-Commerce-Ansatz schaffen. Für den Ansatz wird eine Integrationslösung benötigt. Ziel dieser Thesis ist es, Integrationslösungen zu evaluieren und mithilfe von Integration-Layer-Prototypen gegenüberzustellen. Es werden zwei Integrationslösungen ausgewählt, die als Prototyp implementiert werden. Für den ersten Prototypen wird Apache Camel in einem Spring-Boot-Server verwendet. Der zweite Prototyp setzt die AWS-eigenen Services für die Integration ein. Zum Schluss werden diese durch einen Last-Test auf ihre Performance geprüft.
Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Evaluation einer Simulationssoftware anhand unterschiedlichen Roboterkinematiken sowie einer virtuellen Inbetriebnahme einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) mittels OPC-UA-Kommunikation.
Für die Evaluation der Simulationssoftware wurden drei Roboter verschiedener Hersteller, die die gleiche Aufgabe erfüllen, mit der Simulationssoftware Visual Components simuliert und anschließend in einer realen Umgebung getestet. Für die virtuelle Inbetriebnahme einer SPS mittels OPC-UA-Kommunikation wurde eine virtuelle SPS-gesteuerte Roboter-Fertigungslinie implementiert.
Ergebnis dieser Arbeit sind detaillierte Einarbeitung in die Simulationssoftware Visual Components, strukturierte Offline und Online Roboterprogrammierung und somit Auswertung der Simulationssoftware anhand unterschiedlicher Roboterkinematiken. Bewertung des Datenaustauschs (via OPC-UA) zwischen einer SPS und der Simulationssoftware Visual Components.
Die Thesis beschäftigt sich mit dem Kommunikationsprotokoll Lightweight Machine to Machine, welches für das Internet of Things entwickelt wurde. Es soll untersucht werden, wie das Protokoll funktioniert und wie es eingesetzt werden kann. Ebenfalls soll die Thesis zeigen, wie und ob Lightweight Machine to Machine über Long Term Evolution for Machines für Anwendungen mit begrenzten Ressourcen geeignet ist. Um diese Fragestellung zu beantworten, wurde das Protokoll auf Grund seiner Spezifikation und seinen Softwareimplementationen untersucht. Daraufhin wurde ein Versuchssystem entworfen und dieses anschließend auf sein Laufzeitverhalten und auf sein Energieverbrauch getestet. Die Evaluation des Protokolls ergab, dass es viele sinnvolle Funktionen zugeschnitten auf Geräte im Internet of Things besitzt und diese Funktionen kompakt und verständlich umsetzt. Da das Protokoll noch relativ jung ist, stellt es an verschiedenen Punkten eine Herausforderung dar. Die Tests des Versuchssystems ergaben, dass Lightweight Machine to Machine sich unter bestimmten Bedingungen für ressourcenbegrenzte Anwendungen eignet.
Mit der vorliegenden Bachelorarbeit wird der Roboter mit dem Namen Pepper evaluiert und dokumentiert. Die Hochschule Offenburg besitzt einen dieser Roboter seit 2019 und will diesen in Forschungsprojekten und in Verbindung mit dem Labor Autonome Systeme einsetzen. Im Laufe dieser Arbeit werden die Sensoren und Aktuatoren auf ihre Genauigkeit, Beschaffenheit und Fehleranfälligkeit getestet. Neben dieser allgemeinen Evaluierung wird ermittelt, ob der Pepper mit Hilfe seiner Bewegungserfassung zur Aktivierung von Senioren geeignet ist. Im Weiteren wird eine Aufgabe für das Labor Autonome Systeme ausgearbeitet. Bei dieser Aufgabe sollen die Studenten der Hochschule, über die NAOqi API des Roboters, Anweisungen an den Pepper übermitteln, welche dieser anschließend selbstständig ausführt. Abschließend werden die gesammelten Evaluierungsergebnisse der Sensoren, Aktuatoren und Verwendungsmöglichkeiten innerhalb der Hochschule oder einem Pflegeheim veranschaulicht.
Für die Prognose von Zeitreihen sind bezüglich der Qualität der Vorhersagen heutzutage neuronale Netze und Deep Learning das Mittel der Wahl. LSTM-Netzwerke etablierten sich dazu als eine gut funktionierende Herangehensweise. 2017 wurde der auf Attention basierende Transformer für die Übersetzung von Sprache vorgestellt. Aufgrund seiner Fähigkeit mit sequenziellen Daten zu arbeiten, ist er auch für Zeitreihenprobleme interessant. Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Vorhersage von Zeitreihen mit einem Transformer. Es wird analysiert, inwiefern sich ein Transformer für Zeitreihenvorhersagen von einem Transformer für Sprachübersetzungen unterscheidet und wie gut die Vorhersagen im Vergleich zu denen eines LSTM-Netzwerkes abschneiden. Dazu werden ein LSTM- und ein Transformer-Netzwerk auf Luftqualitäts- und Wetterdaten in Berlin trainiert, um den Feinstaubgehalt (PM25) in der Luft vorherzusagen. Die Ergebnisse werden mit einem Benchmark-Modell anhand von Evaluationsmetriken verglichen. Anschließend wird evaluiert, wie die Fehler des Transformers reduziert werden können und wie gut der Transformer generalisiert.
Hintergrund:
Die Versorgung von Patienten mit Cochleaimplantaten erfordert im Rahmen der Rehabilitation nicht nur Hörtrainings, sondern auch regelmäßige Erfassungen des Hörvermögens. Diese Tests konzentrieren sich hierbei meist auf das Vertehen von Sprache. Hierbei müssen Patienten Wörter oder Zahlen unter Vorhandensein von Störgeräuschen verstehen. Diese Störgeräusche sind in der Regel künstlicher Natur wie Rauschen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, diese künstlichen Störgeräusche durch realistischere zu ersetzen und zusätzlich einen Raumklang sowohl für die Störgeräusche als auch für die zu verstehenden Wörter oder Zahlen zu implementieren. Um die Erfassung der multimodalen Sprachwahrnehmung zu verbessern, wird nicht nur eine virtuelle auditive Umgebung geschaffen, sondern auch eine visuelle Komponente integriert, die auf einem Head-Mounted Display (HMD) wiedergegeben werden kann. Das Ziel ist es, eine audiovisuelle virtuelle Realität zu schaffen, die alltagsrelevante Kommunikationssituationen widerspiegelt und somit die Validität und Relevanz von Hörtests erhöht.
Umsetzung:
Für die Umsetzung wurden Werkzeuge zur Simulation von Raumakustik und eine hochwertige visuelle Darstellung auf einem HMD benötigt. An der Technischen Universität München wurde das Tool "real-time Simulated Open Field Environment" (rtSOFE) entwickelt, das durch die Berechnung von Raumimpulsantworten Raumakustik simuliert und die direkte Wiedergabe von Schallquellen in virtuellen Klangfeldern ermöglicht. Für die visuelle Umgebung wurde die Unreal Engine 5 gewählt, die sehr realistische Darstellungen virtueller Räume ermöglicht und hauptsächlich in der Videospielindustrie verwendet wird.
Ergebnisse:
Mit den Tools rtSOFE und Unreal Engine wurden drei realistische Umgebungen geschaffen: Ein Pub, ein Wohnzimmer und eine U-Bahn-Station. Diese Umgebungen enthalten realitätsnahe Störgeräusche, die zur jeweiligen Umgebung passen. Probanden können sich dank des HMD in diesen Umgebungen frei bewegen. Zudem wurde ein Testsetup unter Verwendung von Sätzen aus dem Oldenburger Satztest innerhalb dieser audiovisuellen Umgebung umgesetzt.
Fazit:
Das entwickelte Testsetup in der audiovisuellen Umgebung ermöglicht eine realistischere und alltagsnähere Erfassung des Hörvermögens im Vergleich zu herkömmlichen Hörtests. Die visuelle Komponente trägt zur Steigerung der Realitätsnähe bei. Allerdings fehlt im aktuellen Setup die Synchronisation zwischen der auditiven und visuellen Umgebung, insbesondere in Form von Lippenbewegungen (Lip Syncing), um eine umfassende Erfassung der multimodalen Sprachwahrnehmung zu ermöglichen.
Eine reine Passwortauthentifizierung, wie sie im Hochschulumfeld eingesetzt wird, bringt Sicherheitsrisiken mit sich. Ziel dieser Arbeit ist es zu analysieren, wie die Sicherheit in der Praxis mittels einer Zwei-Faktor-Authentifizierung erhöht werden kann und in welcher Weise die Einführung eines Single-Sign-On Konzept zum Erreichen dieses Ziels beiträgt. Es konnte gezeigt werden, dass eine Shibboleth IdP Installation als zentraler Zugangspunkt für Single-Sign-On sowie eine daran angebundene privacyIDEA-Instanz die Umsetzung der Zwei-Faktor-Authentifizierung für einige aber nicht alle Dienste ermöglicht.
Die Bachelorarbeit wurde im Rahmen einer Äquivalenz mit der Ingenieurschule INSA Straßburg geschrieben. Zum Thema wurde eine Projektarbeit im Auftrag der Kriminalpolizei mit einer Bearbeitungszeit von drei Semestern. Aufgabenstellung war es, einen Überblick eines Tatorts ohne menschlichen Eingriff zu verschaffen. Noch heute müssen die Polizisten den Tatort betreten, um Beweisspuren zu sammeln. Das Problem hierbei ist, dass dadurch Hinweise fast systematisch verloren gehen.
Mit einem ferngesteuerten Luftschiff sollte diese Aufgabenstellung gemeistert werden. Die Arbeit beschäftigt sich spezifisch mit dem Entwurf eines integrierten Kamerasystems und mit der Implementierung der Elektronik im Gesamtsystem für einen ersten Prototypen. Auf die Konzeptionierung der Fortbewegung und des Flugobjekts wird somit nicht in Detail eingegangen. Diese Aspekte werden bei der Erstellung des Lastenhefts geschildert und bei Berührungspunkten mit dem im Fokus stehenden Themengebiet erklärt.
Auf struktureller Ebene wird wie gefolgt vorgegangen: Die technischen Lösungen werden abgewogen, getestet und progressiv zusammengeführt. Zum Ende der Bearbeitungszeit können ferngesteuert Bilder und Panoramen aufgenommen und der Tatort live mit einem Video-Feedback observiert werden. Die Elektronik wurde, nach Erarbeitung der elektronischen Architektur, mithilfe einer gedruckten Leiterplatte kompakt in der Gondel des Luftschiffs integriert. Mit zahlreichen Optimierungsperspektiven wurde der erste Prototyp fertiggestellt und das Ziel dieser Arbeit erreicht.
Diese Arbeit handelt von der Entwicklung zweier zukunfts- und handlungsorientierter e-Learning Module für das Triebwerkswechselgerät „Cobra“. Dabei wird das didaktische Konzept für diese e-Learning Module entwickelt und reflektiert. Dies beinhaltet die Auseinandersetzung mit verschiedenen Lerntheorien und didaktischen Modellen. Neben diesen didaktischen Modellen findet die Instruktionstheorie nach Gagnè eine Anwendung. Um den Wissenserwerb zu prüfen werden Aufgaben unter Berücksichtigung der Taxonomien nach Bloom entwickelt. Ausschnitte aus den e-Learning Modulen geben einen Einblick in die Umsetzung des didaktischen Konzeptes.
Das Ziel dieser Arbeit ist es eine Reihe an Informationen und Erfahrungen zur Verfügung zu stellen, um es der Hochschule Offenburg zu ermöglichen, den Zumi-Roboter für pädagogische Zwecke, speziell für den neu angebotenen Studiengang „Angewandte Künstliche Intelligenz“, einzusetzen. Sie umfasst die Analyse der verbauten Komponenten, Aufschluss über die Bedienoberflächen, die Handhabung des Roboters und Erfahrungsberichte über das Programmieren mit Zumi. Ebenfalls wurden zwei Vorführprogramme konzipiert, welche an Infotagen zur Promotion der Hochschule eingesetzt werden können. Den größten Teil der Arbeit umschließt eine voll ausgearbeitete Laboraufgabe, welche in kommenden Semestern für den bereits angesprochenen Studiengang zum Einsatz kommen und gegen Ende der Arbeit im Detail erläutert wird.
Es wurden verschiedenste Versuche durchgeführt, um die Komponenten zu analysieren und um deren Genauigkeit, Funktionsweise und Verlässlichkeit bewerten zu können.
Entwicklung und Realisierung eines Konzepts zur Erweiterung des Messbereichs einer Druckmesszelle
(2022)
Die Messung, von Prozessdrücken in industriellen Anlagen, ist heutzutage nicht mehr wegzudenken. Hierbei können während des Betriebs gelegentlich ungewollte Überdrücke auftreten, welche über dem Messbereich der eingesetzten Sensorik liegen. Mit den bisher bekannten Drucksensoren können solche Überdrücke daher nicht detektiert werden. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Konzepts, welches eine Messbereichserweiterung hervorbringt. Mit diesem sollen Drücke bis zu einer messbereichsspezifischen Grenze detektiert werden können.
Im ersten Schritt werden die Kapazitäten der Messzellen der aktuell bestehenden Sensorelektronik aufgenommen und ausgewertet. Aufgrund der Verläufe der gemessenen Kapazitäten, wird der Fokus auf die Auswertung der Referenzkapazität gelegt. Anschließend folgt das Approximieren des Verlaufs der Referenzkapazität durch geeignete mathematische Funktionen und das Entwickeln eines messbereichsübergreifenden Algorithmus. Hierfür wird die Methode der kleinsten Fehlerquadrate angewandt. Nachdem sich ein vielversprechendes Fitting, mittels zwei Polynomen herauskristallisiert hat, erfolgt die softwareseitige Implementierung des Algorithmus für einen Mikrocontroller auf der Sensorelektronik. Im letzten Teil der Arbeit werden Testmessungen durchgeführt, um die approximierten Polynome zu validieren.
Am Ende der Arbeit entsteht eine funktionierende Messbereichserweiterung zur Detektion von Drücken im Überlastbereich. Hierbei wird eine verhältnismäßig hohe Genauigkeit mit wenigen zusätzlichen Messpunkten erzielt.