Neuere Entwicklungen der deklarativen KI-Programmierung : proceedings

The field of declarative AI programming is briefly characterized. Its recent developments in Germany are reflected by a workshop as part of the scientific congress KI-93 at the Berlin Humboldt University. Three tutorials introduce to the state of the art in deductive databases, the programming language Gödel, and the evolution of knowledge bases. Eleven contributed papers treat knowledge revision/program transformation, types, constraints, and type-constraint combinations

Developing biotech products, making cars, creating video games: Disentangling knowledge bases in three German regions

This dissertation applies the knowledge base concept (KBC) in order to scrutinize industry-specific processes of knowledge formation and innovation in a spatial perspective. Three knowledge bases are to be distinguished from each other: analytical (science based); synthetic (engineering based); and symbolic (creativity based). The book elaborates a fine-grained picture of the KBC within a wider theoretical context. Moreover, it provides empirical insights into the underlying knowledge base configurations of three regional industries in Germany, that is, the biotechnology industry in the Aachen Technology Region, the automotive industry in Southwest Saxony, and the video game development industry in Hamburg. Further considerations refer to the potentials and limits of the KBC as a tool for policy formulation, which is closely connected to the issue of operationalization. The last chapter also raises a number of questions for future research that is going to deal with knowledge bases

PromisD

Gegenstand der Arbeit ist zunächst eine Analyse der didaktischen Anforderungen an Sprachlernsysteme, die sich zum Teil aus dem Fremdsprachenunterricht ergeben. Daraus ergibt sich ein Übungstyp, der vom Lerner eine frei gestaltete Eingabe erfordert und damit insbesondere die kommunikative Kompetenz fördert, der aber auch mit Hilfe computerlinguistischer Methoden realisiert werden kann. Anschließend wird zur Auswahl einer geeigneten Grammatiktheorie insbesondere die Lexical Functional Grammar (LFG) näher betrachtet. Die Theorie muss sich aus computerlinguistischer Sicht für eine Implementierung im Rahmen eines Sprachlernprogramms eignen und es ist von zusätzlichem Vorteil, wenn die verwendeten Konzepte denen in Lernergrammatiken ähneln, um so die Generierung von Rückmeldungen zu vereinfachen. Im darauf folgenden Abschnitt wird kurz das eigentliche Programm PromisD (Projekt mediengestütztes interaktives Sprachenlernen - Deutsch) vorgestellt, wie es sich auch dem Nutzer präsentiert. Schließlich wird ein so genanntes antizipationsfreies Verfahren entwickelt, bei dem weder in der Grammatik noch im Lexikon Informationen zur Fehleridentifizierung enthalten sind. Die Fehlererkennung wird dabei auf die Bereiche eingeschränkt, in denen sich in einem Lernerkorpus häufig Fehler zeigen, um einerseits wesentliche Fehlertypen abzudecken und andererseits eine größere Effizienz bei der Analyse von realen Eingaben zu erreichen. Die Vorstellung des Verfahrens unterteilt sich entsprechend den grundlegenden Struktureinheiten der LFG in zwei Bereiche: die Konstituentenstruktur mit einer modifizierten Form des Earley-Algorithmus zur Integration von Fehlerhypothesen in die Chart und die Feature-Struktur mit einer veränderten Unifikationstrategie zur Behandlung und Speicherung von sich widersprechenden Werten in F-Strukturen. Zum Abschluss erfolgt die Evaluation und es werden die Möglichkeiten zur Gestaltung einer Rückmeldung an den Lerner diskutiert.The dissertation starts with an analysis of the requirements for Intelligent Computer-Assisted Language Learning systems (ICALL), which partially depend on didactic aspects of foreign language teaching. Based on this a type of exercise can be identified, that on the one hand allows the learner to enter free formed input supporting the so called communicative competence as a major didactic goal and on the other hand may be realised with advanced computational linguistics'' methods. In the following chapter a look at grammar theories and especially Lexical Functional Grammar (LFG) is taken. The grammar theory needs to be tractable in an implementation and it is of a further advantage if the concepts of the theory are similar to the concepts in learner grammars in order to simplify the generation of feedback. Subsequently the user interface of the actual program is presented with a focus on error messages. The implementation is named PromisD, which stands for "Projekt mediengestütztes interaktives Sprachenlernen - Deutsch". Finally an anticipation-free parsing method is developed using neither information from the lexicon nor the grammar in order to identify grammar errors. The recognition is restricted to those areas where errors occur frequently in a learner corpus in order to allow for a greater efficiency parsing authentic data. Along the two structural levels in LFG the presentation of the algorithm follows: the constituent-structure with a modified Early-algorithm integrating error hypotheses into the chart and the feature-structure with a new unification-strategie storing information about clashing values in the f-structure. The dissertation closes with an evaluation and an outlook on the generation of error messages

Multimodales kollaboratives Zeichensystem für blinde Benutzer

Bilder und grafische Darstellungen gehören heutzutage zu den gängigen Kommunikationsmitteln und Möglichkeiten des Informationsaustauschs sowie der Wissensvermittlung. Das bildliche Medium kann allerdings, wenn es rein visuell präsentiert wird, ganze Nutzergruppen ausschließen. Blinde Menschen benötigen beispielsweise Alternativtexte oder taktile Darstellungen, um Zugang zu grafischen Informationen erhalten zu können. Diese müssen jedoch an die speziellen Bedürfnisse von blinden und hochgradig sehbehinderten Menschen angepasst sein. Eine Übertragung von visuellen Grafiken in eine taktile Darstellung erfolgt meist durch sehende Grafikautoren und -autorinnen, die teilweise nur wenig Erfahrung auf dem Gebiet der taktilen Grafiktranskription haben. Die alleinige Anwendung von Kriterienkatalogen und Richtlinien über die Umsetzung guter taktiler Grafiken scheint dabei nicht ausreichend zu sein, um qualitativ hochwertige und gut verständliche grafisch-taktile Materialien bereitzustellen. Die direkte Einbeziehung einer sehbehinderten Person in den Transkriptionsprozess soll diese Problematik angehen, um Verständnis- und Qualitätsproblemen vorzubeugen. Großflächige dynamisch taktile Displays können einen nicht-visuellen Zugang zu Grafiken ermöglichen. Es lassen sich so auch dynamische Veränderungen an Grafiken vermitteln. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein kollaborativer Zeichenarbeitsplatz für taktile Grafiken entwickelt, welcher es unter Einsatz eines taktilen Flächendisplays und auditiver Ausgaben ermöglicht, eine blinde Person aktiv als Lektorin bzw. Lektor in den Entstehungsprozess einer Grafik einzubinden. Eine durchgeführte Evaluation zeigt, dass insbesondere unerfahrene sehende Personen von den Erfahrungen sehbehinderter Menschen im Umgang mit taktilen Medien profitieren können. Im Gegenzug lassen sich mit dem kollaborativen Arbeitsplatz ebenso unerfahrene sehbehinderte Personen im Umgang mit taktilen Darstellungen schulen. Neben Möglichkeiten zum Betrachten und kollaborativen Bearbeiten werden durch den zugänglichen Zeichenarbeitsplatz auch vier verschiedene Modalitäten zur Erzeugung von Formen angeboten: Formenpaletten als Text-Menüs, Gesteneingaben, Freihandzeichnen mittels drahtlosem Digitalisierungsstift und das kamerabasierte Scannen von Objektkonturen. In einer Evaluation konnte gezeigt werden, dass es mit diesen Methoden auch unerfahrenen blinden Menschen möglich ist, selbständig Zeichnungen in guter Qualität zu erstellen. Dabei präferieren sie jedoch robuste und verlässliche Eingabemethoden, wie Text-Menüs, gegenüber Modalitäten, die ein gewisses Maß an Können und Übung voraussetzen oder einen zusätzlichen technisch aufwendigen Aufbau benötigen.Pictures and graphical data are common communication media for conveying information and know\-ledge. However, these media might exclude large user groups, for instance visually impaired people, if they are offered in visual form only. Textual descriptions as well as tactile graphics may offer access to graphical information but have to be adapted to the special needs of visually impaired and blind readers. The translation from visual into tactile graphics is usually implemented by sighted graphic authors, some of whom have little experience in creating proper tactile graphics. Applying only recommendations and best practices for preparing tactile graphics does not seem sufficient to provide intelligible, high-quality tactile materials. Including a visually impaired person in the process of creating a tactile graphic should prevent such quality and intelligibility issues. Large dynamic tactile displays offer non-visual access to graphics; even dynamic changes can be conveyed. As part of this thesis, a collaborative drawing workstation was developed. This workstation utilizes a tactile display as well as auditory output to actively involve a blind person as a lector in the drawing process. The evaluation demonstrates that inexperienced sighted graphic authors, in particular, can be\-ne\-fit from the knowledge of a blind person who is accustomed to handling tactile media. Furthermore, inexperienced visually impaired people may be trained in reading tactile graphics with the help of the collaborative drawing workstation. In addition to exploring and manipulating existing graphics, the accessible drawing workstation offers four different modalities to create tactile shapes: text-based shape-palette-menus, gestural drawing, freehand drawings using a wireless stylus and scanning object silhouettes by a ToF-camera. The evaluation confirms that even untrained blind users can create drawings in good quality by using the accessible drawing workstation. However, users seem to prefer robust, reliable modalities for drawing, such as text menus, over modalities which require a certain level of skill or additional technical effort

Erklärbare Künstliche Intelligenz - Steigerung der Nachvollziehbarkeit überwachter maschineller Lernverfahren

Das Thema Künstliche Intelligenz und insbesondere das Gebiet der maschinellen Lernverfahren findet immer mehr Einzug in das tägliche Leben. In Zukunft werden die Verfahren verstärkt beispielsweise in der Medizin bei der Diagnose einer Krankheit oder im Bankenwesen beim Aufspüren von Geldwäschetransaktionen unterstützen. Vorbehalte gegenüber dem Einsatz der Verfahren sind oft mit der hohen Komplexität und der einhergehenden fehlenden Nachvollziehbarkeit der Modelle verbunden. Modelle, die durch ein maschinelles Lernverfahren erzeugt werden, gelten als Blackbox, da diese meist für die Anwender nicht nachvollziehbar sind. Es fehlen Erkenntnisse darüber, wie das Modell die Ergebnisse erzeugt. Das Forschungsfeld der Erklärbaren Künstlichen Intelligenz versucht, Lösungen zu konzipieren, die die Nachvollziehbarkeit von gesamten Modellen oder bestimmten Modellergebnissen erhöhen. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zum Forschungsfeld der Erklärbaren KI – insbesondere im Teilbereich des erklärbaren überwachten maschinellen Lernens. Der erste wesentliche Beitrag der Arbeit umfasst den Entwurf eines Vorgehensmodells. Dieses definiert unterschiedliche Arten von Erklärungen, die im Bereich des überwachten maschinellen Lernens generiert werden können. Insgesamt werden fünf Arten von Erklärungen unterschieden, die sich grob in Modell- und Instanz-Erklärungen einteilen lassen. Ein weiterer wesentlicher Beitrag der Arbeit sind die entworfenen Verfahren zur Erstellung von Erklärungen. Basierend auf diesem Vorgehensmodell wurden zwei Verfahren entworfen: ein globales Surrogat-Modell und ein lokales Surrogat-Modell. Ausgehend von einem neuronalen Netz wird ein globales Surrogat-Modell in Form eines nachvollziehbaren Modells erzeugt, das sich somit den Modell-Erklärungen zuweisen lässt. Das Surrogat wird mithilfe der Regularisierung generiert, sodass dieses sowohl die Eigenschaften der Nachvollziehbarkeit als auch die der Genauigkeit erfüllt. Das lokale Surrogat-Modell hingegen versucht, die Nachvollziehbarkeit eines einzelnen Ergebnisses ausgehend von einer Blackbox zu erzeugen, und lässt sich den Instanz-Erklärungen zuordnen. Das Ziel ist es, eine Erklärung zu erhalten, die nahe an der Entscheidungsgrenze zur ursprünglichen Dateninstanz liegt. Diese Art der Erklärung ermöglicht es dem Anwender, bevorzugte Ergebnisse des Modells zu erzeugen. Erklärungen, die Modelle oder bestimmte Modellergebnisse nachvollziehbar gestalten, sind ein wichtiger Schritt im Prozess des erklärbaren maschinellen Lernens. Um die Nachvollziehbarkeit von Erklärungen zu untersuchen, ist es zwingend notwendig, den Nutzen generierter Erklärungen mit Anwendern zu analysieren. Daher umfasst ein weiterer wesentlicher Beitrag der Arbeit die Untersuchung der Nachvollziehbarkeit von Erklärungen im Rahmen von Benutzerstudien. Dabei wurden sowohl unterschiedliche Aufgabenstellungen als auch Anwendergruppen in die Untersuchungen miteinbezogen

Ein regelbasiertes System zur Generierung von Orders für Lagerfahrzeuge: Fallstudie bei einem deutschen Automobilhersteller

Um auf Nachfrageschwankungen reagieren zu können müssen sowohl Hersteller wie Händler von Zeit zu Zeit Fahrzeuge auf Lager stellen. Da diese noch nicht kundenbelegt sind, liegt die Schwierigkeit darin, diese Fahrzeuge in der Art und Weise zu konfigurieren, dass ein möglichst schneller Verkauf erwartet werden kann. Zu diesem Zweck wurde das Speziefizierungsunterstützungstool LOGO (regalbasiertes System) entwickelt und bei einem deutschen Automobilhersteller eingesetzt, mit dem Vorschläge für markorientierte Lagerfahrzeuge erarbeitet werde

Labore in der Hochschullehre: Didaktik, Digitalisierung, Organisation

In der Hochschullehre ist das Labor als Raum des praktischen Lehrens und Lernens in den technischen Fächern ein zentraler Bestandteil der Curricula. Damit der "Lernort Labor" einen positiven Beitrag zum Kompetenzerwerb der Lernenden leisten kann, müssen didaktische, organisatorische und sowie technische Gestaltungsfaktoren neu betrachtet werden. Was brauchen Labore, um zu einem effektiven, zukunftsfähigen Lernort zu werden? Wie kann sich Laborlehre mit den aktuellen Möglichkeiten der Digitalisierung weiterentwickeln? Die Autorinnen und Autoren geben Antworten auf diese Fragen. Der erste Teil des Sammelbandes beleuchtet das Thema Labordidaktik unter den veränderten Kompetenzerwartungen. Die Beiträge des zweiten Teils befassen sich mit der aktuellen und zukünftigen Entwicklung von Cross-Reality-Laboren als Einzelangebote sowie als Plattformen und Netzwerke. Bedingungen für das Gelingen - und für das Misslingen - von Cross-Reality-Laboren sind das zentrale Thema des dritten Teils, der besonders auf die infrastrukturelle und organisationale Ebene blickt und untersucht, wie diese Laborform technisch verlässlich und ökonomisch nachhaltig in die Lehre integriert werden kann. Der Sammelband richtet sich an Lehrende in ingenieur- und naturwissenschaftlichen Studiengängen, die sich mit der Gestaltung, Weiterentwicklung und Durchführung der Laborlehre befassen sowie an Hochschuldidaktiker:innen, an Leitungen und Mitarbeitende in der Hochschulverwaltung sowie in technischen Verbänden

Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP 2017 : Stuttgart, 29. Juni 2017, Wissenschaftliche Konferenz

Veränderte Anforderungen in internationalen Märkten erfordern hohe Anstrengungen, um Prozesse in Innovation und Produktentwicklung zu optimieren. Das Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung (SSP) ermöglicht die Diskussion der an Produktgestaltung und -entwicklung beteiligten Disziplinen aus Industrie und Wissenschaft. Das SSP zeigt, wie erfolgreiche Produkte effizient gestaltet und entwickelt werden. Neueste Forschungsergebnisse zu Methoden, Strategien und Werkzeugen werden vorgestellt, um Prozesse zu verbessern und die Digitalisierung zu unterstützen. Mit dem Ziel, nationale und internationale Fachleute unterschiedlicher Disziplinen der Produktentwicklung aus Industrie und Wissenschaft in den Dialog zu bringen, veranstaltet das Fraunhofer IAO gemeinsam mit dem Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design IKTD, dem Institut für Maschinenelemente IMA und dem Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart das Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP. Am 28. und 29. Juni 2017 fand das SSP bereits zum vierten Mal im Zentrum für Virtuelles Engineering des Fraunhofer IAO statt, nachdem die Symposien 2011, 2013 und 2015 mit jeweils über 200 Besuchern aus Wissenschaft und Wirtschaft großen Zuspruch gefunden hatten. Am Forumstag stand wie immer die Industrie im Fokus, am zweiten Tag die wissenschaftliche Konferenz. Die Konferenz bietet Wissenschaftlern eine Plattform zur Präsentation und Diskussion ihrer neuesten Forschungsergebnisse im Bereich der Produktentwicklung und fördert so den interdisziplinären Wissenstransfer. Aufgerufen waren in der SSP 2017 Beiträge aus folgenden Kategorien: • Wissensmanagement in der Produktentwicklung • Nachhaltige Produktentwicklung • Altersgerechte Produktentwicklung • Zuverlässige Produktentwicklung • Industrie 4.0/Cyber-Physical Products • Konstruktionsmethodiken • Leichtbau in der Produktentwicklung • Nutzerzentriertes Design • Innovations- und Technologiemanagement • Digital Engineering • Lean Development. Eingereicht wurden Beiträge zu Methoden, Strategien und Verfahren, die es ermöglichen, Produktentwicklungsprozesse zu vernetzen, digitale Werkzeuge zu integrieren und die Potenziale neuer Technologien und Werkstoffe optimal auszuschöpfen