Spracherkennung ist durch den Einsatz tiefer neuronaler Netze in den letzten 3 Jahren signifikant verbessert worden. Es gibt mittlerweile eine Reihe frei verfügbarer Modelle, die Englisch mit guter Genauigkeit erkennen, wenn ausreichend viele Trainingsdaten verwendet werden. Die Erkennung läuft dabei zweistufig ab. Zunächst erzeugt das neuronale Netz aus dem Audiosignal Buchstaben, welche anschließend von einem Sprachmodell weiterverarbeitet werden, um die wahrscheinlichsten Wörter daraus zu bilden. Dieser zweite Teil wird bislang oftmals mittels n-Grammen gelöst. Das bedeutet, dass für jeden Buchstaben die 2-3 unmittelbaren Vorgänger und Nachfolger betrachtet werden. Anschließend erfolgt eventuell noch eine Zuordnung zu Wörtern aus einem Wörterbuch, so dass nur Wörter erkannt werden, die im Wörterbuch stehen. Dieser Prozess eignet sich gut für einen begrenzten Wortschatz, führt aber teilweise zu sinnentstellenden Änderungen für unbekannte Wörter oder auch Namen.

Im diesem Vorhaben soll daher ein weiterer aktueller Trend im Bereich deep learning aufgegriffen werden: Ein verbessertes Verständnis von Texten und Satzzusammenhängen mittels sogenannter Transformer-Modelle mit Attention-Mechanismus im Allgemeinen und BERT (bidirectional encoder representations for transformers) bzw. davon abgeleitete Modelle im Speziellen.

Im Anwendungsfall des Unternehmenspartners Grundig Business Systems (Grundig BS) steht das Ziel im Vordergrund, die Spracherkennung speziell für Nicht-Muttersprachler (sog. L2 Sprecher) zu verbessern. Da zunehmend mehr Menschen mit Migrationshintergrund in Deutschland leben und auch im Gesundheitswesen, das für Grundig BS von besonderer Bedeutung ist, immer mehr Nicht-Muttersprachler vertreten sind, wäre eine Verbesserung der Spracherkennung von großem Nutzen. Zudem haben die bisherigen ASR-Systeme (Automatic Speech Recognition) große Schwierigkeiten bei der Bewältigung dieser Herausforderung, sodass eine bessere Lösung bei Grundig BS willkommen ist. Zudem scheint es bisher wenig erforscht, im Gegensatz zu z.B. Dialekten.

Das Vorlesen von Texten ist eine wichtige Funktion für moderne Computeranwendungen. Es erleichtert nicht nur sehbehinderten Menschen den Zugang zu Informationen, sondern ist auch für nicht eingeschränkte Benutzer ein angenehmer Komfort. In manchen Situationen, wie beispielsweise beim Autofahren, erfüllt eine solche Funktion auch sicherheitsrelevante Anforderungen.

Die Qualität der Sprachsynthese (TTS, Text to Speech) hat sich in den letzten Jahren durch den Einsatz tiefer neuronaler Netze erheblich verbessert. Der blecherne Klang früherer TTS Systeme ist einem recht natürlichen Klang gewichen, wie internationale Publikationen insbesondere für die englische Sprache zeigen. Im DAMMIT Vorhaben „Sprachsynthese“ soll daher untersucht werden, wie hoch die Akzeptanz von Benutzern für computer-generierte Stimmen ist, die Textinhalte mittlerer Länge vorlesen, also z.B. Nachrichten mit einer halben Bildschirmseite Länge.

Die Firma ahearo bietet einen Dienst an, bei dem sich Benutzer Inhalte, die sonst nur als Text verfügbar sind, auch als Audio-Podcast anhören können. Diese werden bisher von menschlichen Sprechern vorgelesen. Ein solche Produktion ist jedoch teuer. Aufgrund der eingeschränkten Verfügbarkeit von professionellen Sprechern erreicht diese Art der Produktion jedoch Grenzen.

Für ahearo und andere Unternehmen, die eine kostengünstige Möglichkeit suchen, qualitativ ansprechende Sprachsynthese in ihre Produkte zu integrieren, entwickelt das iisys basierend auf frei verfügbaren TTS Modellen eine Lösung für die Generierung deutscher Sprache aus Text und evaluiert diese. Dabei kommen frei verfügbare, selbst generierte und von ahearo bereitgestellte Audiodaten zum Einsatz, um die TTS Modelle zu trainieren. Die Evaluation erfolgt sowohl über objektive Werte, die physikalisch gemessen werden können, als auch über subjektive Einschätzungen.

Virtual Reality (VR) Erfahrungen erleben seit einigen Jahren großen Zuspruch, nachdem der Hype in den 1990er Jahren wieder abgeflaut war und man über fast 20 Jahre in der Öffentlichkeit wenig über VR gehört hatte. Das liegt an deutlich verbesserter Hardware mit hochauflösenden Anzeigen, die trotzdem relativ kompakt, leicht und bezahlbar geworden ist. Studien zeigen, dass die visuelle und auditive Ebene schon sehr gut abgedeckt sind. Problematisch ist dagegen immer noch die natürliche Interaktion mit der VR-Umgebung und dabei insbesondere die haptische Rückmeldung.

Im DAMMIT Vorhaben „VR-Objekttracking“ soll daher untersucht werden, ob mittels Kamera-basiertem Tracking von Ersatzobjekten aus der realen Welt, die fehlenden haptischen Reize in der virtuellen Welt kompensiert werden können. Bereits existierende Studien belegen, dass die Ersatzobjekte dabei den virtuellen Gegenstücken nur ungefähr gleichen müssen, um glaubhaft zu wirken. Im DAMMIT Vorhaben soll eine Lösung mit Low-Cost Hardware, also handelsüblichen Kameras und Rechnern, erprobt werden. Diese soll mittels tiefer neuronaler Netze die Erkennung der Objekte und ihrer Position und Rotation im 3D Raum erlauben. Um genügend Daten für das Training der neuronalen Netze zu generieren, soll ebenfalls VR eingesetzt werden. Dieser Prozess dient dem Zweck, fotorealistische Bilder des Objekts in verschiedenen Umgebungen zu erzeugen und dazu passend die 3D Koordinaten abzuspeichern. Diese werden dann zum Training des Netzes verwendet. Anschließend wird es mit wenigen anderweitig erhobenen Daten aus der realen Welt ergänzt werden, um die Erkennungsleistung weiter zu steigern.

Als Vergleich für die Qualität der eigenen Lösung dient eine von der Firma Advanced Realtime Tracking (kurz AR Tracking) bereitgestellte High-End Installation, die als Teststellung im iisys genutzt werden kann. Zudem wird mit einem handelsüblichen Vive Tracker die Genauigkeit am Beispiel größerer Objekte verglichen, da dieser für kleinere Objekte, wie z.B. einen Schraubenschlüssel oder einen Messschieber aufgrund seiner eigenen Größe nicht gut geeignet ist. Er kann jedoch problemlos für Stühle und Tische eingesetzt werden.

Das im WiMit Thema HiCuMES (Highly Customizable Manufacturing Execution System) entwickelte System bildet die Grundlage für SPPS. HiCuMES ist eine flexibel erweiterbare Lösung zur Unterstützung der Fertigung mit Hilfe von Prozessmodellierung. Die Planung der Maschinenbelegung muss jedoch noch händisch erfolgen und wird vom System als gegeben vorausgesetzt. Im Vorhaben SPPS soll daher ein Planungsmodul entwickelt werden, das basierend auf vom Administrator gesetzten Kriterien die Feinplanung der Fertigung übernimmt und einen automatischen Vorschlag generiert. Dieser kann vom Benutzer über einen grafischen Web-basierten Editor angepasst werden.

Die Planung umfasst dabei die gesamte Kette von der Umwandlung von Kundenaufträgen in Fertigungsaufträgen, das Auflösen der bestellten Produkte in ihre Stückliste, ermitteln nötiger Lieferantenbestellungen für Zukaufteile, Lageraufträge für Lagerware und Fertigungsaufträge für zu produzierende Bauteile oder Produkte. Die Fertigungsaufträge werden anschließend geeignet zusammengefasst und sinnvoll auf die Maschinen verteilt.

Produzierende Unternehmen aus der Region liefern die Anforderungen an die notwendigen Kriterien für die Planung und geben Rückmeldung zum Demonstrator, ob er als grundsätzlich tauglich erachtet wird, ihre vorher erhobenen Anforderungen abzudecken.

Als Entwicklungspartner und Begünstigter des Technologietransfers dient die Ontec Automation GmbH aus Naila. Ihnen steht das System zur Weiterverwendung bei ihren bestehenden und zukünftigen Kunden zur Verfügung. Sie können es selbst weiterentwickeln und haben einen großen Wissensvorsprung gegenüber anderen, da sie in wichtige Design-Entscheidungen schon während der Entwicklungszeit involviert werden. Sie geben während der Entwicklung Feedback zur Softwarearchitektur, einzusetzenden Technologien und Algorithmen, so dass ihnen anschließend die Weiterentwicklung der Software leichtfällt und die Designentscheidungen praxistauglich gefällt werden.

Die Blockchain kann als seine massiv verteilte NoSQL Datenbank mit einigen interessanten Eigenschaften betrachtet werden. Es ist die Technologie, die bekannten Kryptowährungen wie Bitcoin und Ethereum zugrunde liegt. Sie kann aber auch für ganz andere Einsatzgebiete wie Katasterwesen, Logistik oder Identity Management eingesetzt werden. Open Source Blockchain Implementierungen wie Hyperledger Fabric oder Hyperledger Burrow erlauben es, Anwendungsspezifisch genau die Eigenschaften wie garantierte Anonymität, Transaktionssicherheit und –geschwindigkeit zusammen-zustellen und ungewünschte wie hohe Rechenkomplexität und damit Energiekosten abzustellen. Ziel des Blockboat Projekts ist es, für das Softwarelizenzmanagement eine Lösung zu entwickeln, die gleichermaßen Softwarehersteller und Softwarelizenznehmer zur Verwaltung ihrer Softwarelizenzen verwenden können. Dazu wird eine der genannten Implementierungen ausgewählt und auf ihrer Basis ein Demonstrator entwickelt, der zeigt wie Softwarelizenzen damit erstellt, verkauft, wiederverkauft und nachverfolgt werden können. Dies wird durch die Entwicklung von Smart Contracts, aber auch durch Anpassungen am Basissystem selbst erreicht.

Das im WiMit Thema DFAP entwickelte System bildet die Grundlage für das Vorhaben HiCuMES. DFAP ist relativ starr und nur über Codeänderungen anpassbar. Für HiCuMES wird das System flexibilisiert und über grafische Editoren einfach auf die unterschiedlichen Bedürfnisse verschiedener Projektpartner anpassbar. Das Datenschema kann über einen Editor um unternehmensspezifische Attribute erweitert werden. Ein Schema-Mapper sorgt dafür, dass Maschinendaten, die über OPC-UA eingelesen werden, ohne Programmierung auf das interne Datenschema der Anwendung abgebildet werden können. Auf die gleiche Art können auch Daten aus einem ERP-System (z.B. SAP oder ABAS), die über XML-basierte Webservices abgerufen werden, in das System integriert werden.

Für jeden Fertigungsschritt bietet das System die Möglichkeit, die Maschinen-spezifischen Fertigungsaufträge einzusehen und für die Verarbeitung auszuwählen, die für das Produkt und die Maschinen-/Werkzeugkombination passenden Einstellungen anzuzeigen und die Ergebnisse von Qualitätsprüfung und Produktionsfortschritt entweder manuell einzugeben oder automatisiert von Maschinensensoren erfassen zu lassen. Durch Einsatz eines Workflow-Managementsystems können unternehmensspezifisch beliebig viele Fertigungsschritte aneinandergereiht und grafisch modelliert werden. Mit diesem Verfahren ist es auch möglich zu definieren, nach welchen Prozessschritten verkaufsfertige Produkte entstehen können.

Produzierende Unternehmen aus der Region liefern die Anforderungen an die Flexibilität der Daten und geben Rückmeldung zum Demonstrator, ob er als grundsätzlich tauglich erachtet wird, ihre vorher erhobenen Anforderungen abzudecken. Als Entwicklungspartner und Begünstigter des Technologietransfers dient die Novere GmbH aus Hof. Ihr steht das System zur Weiterverwendung bei ihren bestehenden und zukünftigen Kunden zur Verfügung. Sie kann es selbst weiterentwickeln und hat einen großen Wissensvorsprung gegenüber anderen, da sie in wichtige Design-Entscheidungen schon während der Entwicklungszeit involviert wird. Sie gibt während der Entwicklung Feedback zur Softwarearchitektur, einzusetzenden Technologien und Algorithmen, so dass ihr anschließend die Weiterentwicklung der Software leichtfällt und die Designentscheidungen praxistauglich gefällt werden. Als Grundlage dient Open Source Software. Das Ergebnis des HiCuMES Vorhabens wird als Open Source Software veröffentlicht und steht der Allgemeinheit zur Verfügung. Es wird eine Lizenz gewählt, die kommerzielle Weiterverwendung erlaubt (APL v2) und nicht viral ist (im Gegensatz zur GPL).

Viele Firmen verleihen Gegenstände mit erheblichem Wert (einige hundert Euro) und es fällt ihnen schwer den Überblick zu behalten, wo sie sich gerade befinden und ob die Vertragspartner sie sachgemäß behandeln. Am Beispiel des Verleihs großer Sonnenschirme hat das iisys eine IoT- Lösung (Internet of Things) entwickelt, mit der es den Verleihern möglich wird, den Standort ihrer Gerätschaften jederzeit DSGVO-konform zu ermitteln, sowie mit zusätzlichen Sensoren überwachen, ob Störeinflüsse wie etwa zu starker Wind beim Sonnenschirm vorliegen. Die Lösung besteht aus einer kompakten und kosteneffizienten Microcontroller-Einheit mit GPS-Sensor und Internetanbindung über Weiterverkehrsfunk. Sie ist energieeffizient und soll trotz kompakter Energieversorung über einen Lithium-Ionen-Akku Laufzeiten von einem Jahr ermöglichen. Sie sendet ihre Daten im Abstand mehrerer Minuten an eine ebenfalls vom iisys entwickelte Cloud-Plattform, die der Verleiher selbst betreiben, oder bei einem Cloud-Dienstleiter hosten kann. In der Cloud-Plattform werden die Daten gesammelt, aggregiert und visuell aufbereitet. Auch eine einfache Device Management Funktionalität wird integriert. Als Grundlage dient Open Source Software. Das Ergebnis des Vorhabens wird als Open Source Software veröffentlicht und steht der Allgemeinheit zur Verfügung. Es wird eine Lizenz gewählt, die kommerzielle Weiterverwendung erlaubt (APL v2) und nicht viral ist (im Gegensatz zur GPL).

Das iisys hat als Technologietransfer ein Softwaresystem (Demonstrator) mit Vorgehensbeschreibung entwickelt, welches der Allgemeinheit als Open Source Software zur Verfügung gestellt wird. Es erlaubt Unternehmen mit einer Ausstellung, z.B. Bäderausstellung, Küchenstudio oder Möbelhaus, mit geringem Aufwand und ohne Programmierung eine virtuelle Version der Ausstellung anzufertigen und in ihre bestehende Website zu integrieren. Als Grundlage dafür dient WebXR, eine noch junge standardisierte Schnittstelle, die zwischen Browser und Virtual Reality Headset (z.B.  Oculus Rift, HTC Vive oder Valve Index) vermittelt. Die virtuellen Ausstellungen können jedoch auch ohne VR-Headset direkt im Web-Browser betrachtet werden. In diesem Fall muss man mit der Maus den Ausschnitt der 360° Ansicht wählen. Die Immersion leidet, aber es gibt immer noch einen Mehrwert gegenüber normalen Fotos. Die Erfahrung ist dann ähnlich wie bei Google Streetview. Der Vorteil unserer Lösung gegenüber verfügbaren kommerziellen Systemen ist, dass es keine Einschränkungen hinsichtlich der verwendbaren Auflösungen und Formate gibt. Alles was im Browser abspielbar ist kann verwendet werden. So ist es z.B. die Einschränkung auf eine 4k Auflösung bei Bildern aufgehoben, wie bei kommerziellen Angeboten üblich, obwohl diese qualitativ deutlich schlechter sind als 7k Bilder, die auch schon mit günstigen 360° Kameras wie der Insta360 One angefertigt werden können.

In der Fertigung vieler Unternehmen werden Informationen papierbasiert zwischen der Maschinenhalle und vor- oder nachgelagerten Einheiten ausgetauscht. Produktionsaufträge werden ausgedruckt und vom Maschinenführer abgeholt. Parameter für werkzeugspezifische Maschinen-einstellungen sowie Prüfanweisungen liegen ebenfalls oft auf Papier vor. Auch die Rückmeldung über produzierte Stück, sowie Ausschuss und Qualität erfolgt auf diese Weise.

In diesem EFRE Technologietransferprojekt ist das Ziel ein hochgradig modulares MES bzw. SCADA System zu entwickeln, dass sich schnell an die Anforderungen der einsetzenden Unternehmen anpassen lässt und sich bestmöglich in die vorhandene IT-Infrastruktur integriert. Dazu werden bewährte digitale Technologien aus dem Büroumfeld genutzt, um die Abläufe in der Fertigung vollständig elektronisch zu unterstützen und darüber hinaus durch kontext-sensitive Bereitstellung von Informationen den Benutzer kognitiv zu entlasten. Produktionsaufträge kommen digital zur Maschine auf ein robustes Tablet. Die nötigen Maschineneinstellungen werden proaktiv mitgeliefert. Rückmeldungen können digital vorgenommen werden. Angepasste Benutzeroberflächen sollen eine hohe Benutzbarkeit speziell für die Fertigungsmitarbeiter erreichen, die nicht den ganzen Tag am PC arbeiten und entsprechendes Vorwissen mitbringen.

Die Firma Vogler Engineering aus Hof ist als IT-Dienstleister und KMU unser engster Partner und profitiert vom Know How und Technologietransfer durch die Hochschule, da die Firma selber gerade einen Schwenk von der Entwicklung mit .NET Desktop-Technologien zu Web-Technologien vollzieht. Umgekehrt profitiert die Hochschule von der Praxiserfahrung der Firma Vogler, die sich auf Maschinenanbindung spezialisiert hat und dort schon viele Fallstricke gemeistert hat. Als Anwendungspartner, der die Technologien im harten Praxiseinsatz testet, steht Gealan Fenstersysteme mit Sitz in Tanna (Fertigung) und Oberkotzau (Verwaltung) zur Verfügung. Der Sicherheitsspezialist Software Symbiose aus Bayreuth beleuchtet die Netzwerksicherheit und macht Security-Audits. Schließlich begleitet die Firma Duramentum aus Plauen das Projekt wohlwollend. Der Spezialist für Prozessverbesserung in produzierenden Unternehmen untersucht parallel zum DFAP Teilprojekt die bestehenden Abläufe auf Ineffizienzen und coached die Produktionsleitung bzgl. Change Management, damit auch die betroffenen Mitarbeiter auf dem Weg zur digitalen Fertigung mitgenommen werden. Das entlastet die Hochschule, so dass sie sich auf den Technologietransfer konzentrieren kann.