Audience Response Systeme (ARS) sind in der Lage, Probleme in der universitären Lehre, wie die fehlende Interaktion zwischen dem Lehrenden und den Studierenden, durch die Benutzung technischer Werkzeuge in der Lehrveranstaltung zu lösen. Der Einsatz solcher Systeme bringt jedoch eigene Probleme mit sich: Der Lehrende muss oftmals sein Lehrkonzept an das jeweilig gewählte System anpassen, da dieses in seinem Funktionsumfang und seinen unterstützten didaktischen Konzepten sehr eingeschränkt ist. Eine Adaption oder gar eine Erweiterung des Funktionsumfangs zur Unterstützung selbst gewählter didaktischer Konzepte wird selten erlaubt, ebenso wie stark kollaborative Szenarien. Diese Arbeit stellt grundlegende Gedanken zur Konzeption und Umsetzung einer Lernumgebung vor, die in der Lage ist, verschiedenste didaktische Abläufe auf Grundlage eines einheitlichen (Meta-)Modells zu modellieren und ihren Funktionsumfang auf den gewählten Anwendungsfall anzupassen. Neben klassischen Anwendungsfällen sollen weitergehende, stark kollaborative Anwendungsfälle unterstützt werden und die Funktionalität einfach erweiterbar sein. Durch den Einsatz in realen Anwendungsszenarien und damit verbundenen Lasttests und Benutzerbefragungen soll das System evaluiert werden.

Wissen bekommt in unserer Gesellschaft eine immer stärkere Bedeutung und stellt Individuen und Organisationen vor verschiedenste Herausforderungen. Der gesamtwirtschaftliche Anteil materieller Güter wird gegenüber wissensintensiven Dienstleistungen zurückgehen, d.h. es bedarf zukünftig immer stärker gut aus- und weitergebildeter Experten, die miteinander die Innovationskraft von Organisationen steigern und kundenspezifische Lösungen entwickeln. Ausgehend von den für Experten benötigten Kompetenzen sogenannter Wissensarbeiter fokussiert diese Arbeit die Begleitung und Bewertung von kollaborativer Teamarbeit. Als Forschungsobjekt dienen Virtual Collaborative Learning-Veranstaltungen, in denen die zukünftigen Experten als Lernende teilnehmen. Sie werden in virtuellen Klassenräumen von Lernbegleitern beobachtet und bewertet, um sie bei der Entwicklung neuer Kompetenzen zu unterstützen und so die Erreichung der Lernziele zu gewährleisten. Da die Lernbegleitung bislang manuell durchgeführt wird, ist eine zeitnahe Beurteilung und Intervention nicht möglich. Mit Learning Analytics sollen Lösungen vorgeschlagen werden, die die Lernbegleiter in ihrer Arbeit unterstützen und den Aufwand reduzieren. Hierzu thematisiert diese Dissertation in sechs kumulativen Beiträgen, wie die zugrundeliegenden Daten verfügbar gemacht werden können und welche Beobachtungen anhand welcher Kriterien mittels ausgewählter Methoden der Learning Analytics durchgeführt werden sollten. Im Rahmen des Design Science Paradigmas werden verschiedene qualitative und quantitative Forschungsmethoden zur Datenerhebung und -auswertung angewendet. Im Ergebnis entsteht ein beispielhafter Katalog von Learning Analytics Methoden, die sich auf spezifische Erkenntnisziele der Beobachtungen von kollaborativer Gruppenarbeit beziehen. Ebenso wird der Einsatz einer ausgewählten Methode evaluiert. Die gewonnenen Erkenntnisse können zukünftig auf vergleichbare kollaborative Lehrangebote in der Ausbildung von Wissensarbeitern, aber auch zur Analyse und Unterstützung der virtuellen Zusammenarbeit im geschäftlichen Umfeld transferiert werden.

Web applications offering real-time collaboration support (e.g. Google Docs) allow geographically dispersed users to edit the very same document simultaneously, which is appealing to end-users mainly because of two application characteristics. On the one hand, provided real-time capabilities supersede traditional document merging and document locking techniques that distract users from the content creation process. On the other hand, web applications free end-users from lengthy setup procedures and allow for instant application access. However, implementing collaborative web applications is a time-consuming and complex endeavor since offering real-time collaboration support requires two specific collaboration services. First, a concurrency control service has to ensure that documents are synchronized in real-time and that emerging editing conicts (e.g. if two users change the very same word concurrently) are resolved automatically. Second, a workspace awareness service has to inform the local user about actions and activities of other participants (e.g. who joined the session or where are other participants working). Implementing and integrating these two collaboration services is largely ine cient due to (1) the lack of necessary collaboration functionality in existing libraries, (2) incompatibilities of collaboration frameworks with widespread web development approaches as well as (3) the need for massive source code changes to anchor collaboration support. Therefore, we propose a Generic Collaboration Infrastructure (GCI) that supports the e cient development of web-based groupware in various ways. First, the GCI provides reusable concurrency control functionality and generic workspace awareness support. Second, the GCI exposes numerous interfaces to consume these collaboration services in a exible manner and without requiring invasive source code changes. And third, the GCI is linked to a development methodology that e ciently guides developers through the development of web-based groupware. To demonstrate the improved development e ciency induced by the GCI, we conducted three user studies encompassing developers and end-users. We show that the development e ciency can be increased in terms of development time when adopting the GCI. Moreover, we also demonstrate that implemented collaborative web applications satisfy end-user needs with respect to established software quality characteristics (e.g. usability, reliability, etc.). / Webbasierte, kollaborative Echtzeitanwendungen (z.B. Google Docs) erlauben es geografisch verteilten Nutzern, Dokumente gemeinschaftlich und simultan zu bearbeiten. Die Implementierung kollaborativer Echtzeitanwendungen ist allerdings aufwendig und komplex, da einerseits eine Nebenläufigkeitskontrolle von Nöten ist und andererseits die Nachvollziehbarkeit von nicht-lokalen Interaktionen mit dem gemeinsamen virtuellen Arbeitsraum gewährleistet sein muss (z.B. wer editiert wo). Um die Entwicklung kollaborativer Echtzeitanwendungen effizient zu gestalten, wurde eine Generische Kollaborationsinfrastruktur (GKI) entwickelt. Diese GKI stellt sowohl eine Nebenläufigkeitskontrolle als auch Komponenten zur Nachvollziehbarkeit von nicht-lokalen Interaktionen auf eine wiederverwendbare und nicht-invasive Art und Weise zur Verfügung. In drei dedizierten Studien, die sowohl Entwickler als auch Endanwender umfassten, wurde die Entwicklungseffizienz der GKI nachgewiesen. Dabei wurde die Entwicklungszeit, der Umfang des Quelltextes als auch die Gebrauchstauglichkeit analysiert.

Ursprünglich wurden Industrieroboter hauptsächlich hinter Schutzzäunen betrieben, um den Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden. Mit der Flexibilisierung der Produktion wurden diese scharfen Trennbereiche zunehmend aufgeweicht und externe Sicherheitstechnik, wie Abstandssensoren, genutzt, um Industrieroboter schutzzaunlos zu betreiben. Ausgehend vom Gedanken dieser Koexistenz bzw. Kooperation wurde die Sicherheitssensorik in den Roboter integriert, um eine wirkliche Kollaboration zu ermöglichen. Diese sogenannten kollaborierenden Roboter, oder Cobots, eröffnen neue Applikationsfelder und füllen somit die bestehenden Automatisierungslücken. Doch welche Automatisierungsvariante ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten die geeignetste? Bisherige Forschung untersucht zum Großteil isoliert eine der beiden Technologien, ohne dabei einen Systemvergleich hinsichtlich technologischer Spezifika und Wirtschaftlichkeit anzustellen. Daher widmet sich diese Dissertation einer Methodik zum wirtschaftlichen Vergleich von kollaborierenden Robotern und Industrierobotern in schutzzaunlosen Maschinenbeladungssystemen. Besonderer Fokus liegt dabei auf dem Herausarbeiten der technischen Faktoren, die die Wirtschaftlichkeit maßgeblich beeinflussen, um ein Systemverständnis der wirtschaftlichen Struktur beider Robotertechnologievarianten zu erhalten. Zur Untersuchung werden die Inhalte eines solchen Planungsvorhabens beschrieben, kategorisiert, systematisiert und modularisiert. Auf wirtschaftlicher Seite wird ein geeignetes Optimierungsmodell vorgestellt, während auf technischer Seite vor allem die Machbarkeit hinsichtlich Greifbarkeit, Layoutplanung, Robotergeschwindigkeiten und Zykluszeitbestimmung untersucht wird. Mit deduktiven, simulativen, empirischen und statistischen Methoden wird das Systemverhalten für die einzelnen Planungsinhalte analysiert, um die Gesamtwirtschaftlichkeit mit einem Minimum an Investment,- Produktions,- und Zykluszeitinformationen a priori vorhersagen zu können. Es wird gezeigt, dass durch einen Reverse Engineering Ansatz die notwendigen Planungsdaten, im Sinne von Layoutkomposition, Robotergeschwindigkeiten und Taktzeiten, mithilfe von Frontloading zu Planungsbeginn zur Verfügung gestellt werden können. Dabei dient der Kapitalwert als wirtschaftliche Bewertungsgrundlage, dessen Abhängigkeit vom Mensch-Roboter-Interaktionsgrad in einem Vorteilhaftigkeitsdiagramm für die einzelnen Technologiealternativen dargestellt werden kann. Wirtschaftlich fundierte Entscheidungen können somit auf quantitiativer Basis getroffen werden.:1. Introduction 25 1.1 Research Domain 25 1.2 Research Niche 26 1.3 Research Structure 28 2. State of the Art and Research 31 2.1 Turning Machines and Machine Tending 31 2.1.1 Tooling Machine Market Trends and Machine Tending Systems 31 2.1.2 Workpiece System 34 2.1.3 Machine System 36 2.1.4 Logistics System 39 2.1.5 Handling System 41 2.2 Robotics 43 2.2.1 Robot Installation Development and Application Fields 43 2.2.2 Fenceless Industrial and Collaborative Robots 48 2.2.3 Robot Grippers 55 2.3 Planning and Evaluation Methods 56 2.3.1 Planning of General and Manual Workstations 56 2.3.2 Cell Planning for Fully Automated and Hybrid Robot Systems 59 2.3.3 Robot Safety Planning 61 2.3.4 Economic Evaluation Methods 70 2.4 Synthesis - State of the Art and Research 71 3. Solution Approach 77 3.1 Need for Research and General Solution Approach 77 3.2 Use Case Delineation and Planning Focus 80 3.3 Economic Module – Solution Approach 86 3.4 Gripper Feasibility Module – Solution Approach 89 3.5 Rough Layout Discretization Model – Solution Approach 94 3.6 Cycle Time Estimation Module – Solution Approach 97 3.7 Collaborative Speed Estimation Module – Solution Approach 103 3.7.1 General Approach 103 3.7.2 Case 1: Quasi-static Contact with Hand 107 3.7.3 Case 2: Transient Contact with Hand 109 3.7.4 Case 3: Transient Contact with Shoulder 111 3.8 Synthesis – Solution Approach 114 4. Module Development 117 4.1 Economic Module – Module Development 117 4.1.1 General Approach 117 4.1.2 Calculation Scheme for Manual Operation 117 4.1.3 Calculation Scheme for Collaborative Robots 118 4.1.4 Calculation Scheme for Industrial Robots 120 4.2 Gripper Feasibility Module – Module Development 121 4.3 Rough Layout Discretization Module – Module Development 122 4.3.1 General Approach 122 4.3.2 Two-Dimensional Layout Pattern 123 4.3.3 Three-Dimensional Layout Pattern 125 4.4 Cycle Time Estimation Module – Module Development 126 4.4.1 General Approach 126 4.4.2 Reachability Study 127 4.4.3 Simulation Results 128 4.5 Collaborative Speed Estimation Module – Module Development 135 4.5.1 General Approach 135 4.5.2 Case 1: Quasi-static Contact with Hand 135 4.5.3 Case 2: Transient Contact with Hand 143 4.5.4 Case 3: Transient Contact with Shoulder 145 4.6 Synthesis – Module Development 149 5. Practical Verification 155 5.1 Use Case Overview 155 5.2 Gripper Feasibility 155 5.3 Layout Discretization 156 5.4 Collaborative Speed Estimation 157 5.5 Cycle Time Estimation 158 5.6 Economic Evaluation 160 5.7 Synthesis – Practical Verification 161 6. Results and Conclusions 165 6.1 Scientific Findings and Results 165 6.2 Critical Appraisal and Outlook 173 / Initially, industrial robots were mainly operated behind safety fences to account for the safety requirements. With production flexibilization, these sharp separation areas have been increasingly softened by utilizing external safety devices, such as distance sensors, to operate industrial robots fenceless. Based on this idea of coexistence or cooperation, safety technology has been integrated into the robot to enable true collaboration. These collaborative robots, or cobots, open up new application fields and fill the existing automation gap. But which automation variant is most suitable from an economic perspective? Present research dealt primarily isolated with one technology without comparing these systems regarding technological and economic specifics. Therefore, this doctoral thesis pursues a methodology to economically compare collaborative and industrial robots in fenceless machine tending systems. A particular focus lies on distilling the technical factors that mainly influence the profitability to receive a system understanding of the economic structure of both robot technology variants. For examination, the contents of such a planning scheme are described, categorized, systematized, and modularized. A suitable optimization model is presented on the economic side, while the feasibility regarding gripping, layout planning, robot velocities, and cycle time determination is assessed on the technical side. With deductive, simulative, empirical, and statistical methods, the system behavior of the single planning entities is analyzed to predict the overall profitability a priori with a minimum of investment,- production,- and cycle time information. It is demonstrated that the necessary planning data, in terms of layout composition, robot velocities, and cycle times, can be frontloaded to the project’s beginning with a reverse engineering approach. The net present value serves as the target figure, whose dependency on the human-robot interaction grade can be illustrated in an advantageousness diagram for the individual technical alternatives. Consequently, sound economic decisions can be made on a quantitative basis.:1. Introduction 25 1.1 Research Domain 25 1.2 Research Niche 26 1.3 Research Structure 28 2. State of the Art and Research 31 2.1 Turning Machines and Machine Tending 31 2.1.1 Tooling Machine Market Trends and Machine Tending Systems 31 2.1.2 Workpiece System 34 2.1.3 Machine System 36 2.1.4 Logistics System 39 2.1.5 Handling System 41 2.2 Robotics 43 2.2.1 Robot Installation Development and Application Fields 43 2.2.2 Fenceless Industrial and Collaborative Robots 48 2.2.3 Robot Grippers 55 2.3 Planning and Evaluation Methods 56 2.3.1 Planning of General and Manual Workstations 56 2.3.2 Cell Planning for Fully Automated and Hybrid Robot Systems 59 2.3.3 Robot Safety Planning 61 2.3.4 Economic Evaluation Methods 70 2.4 Synthesis - State of the Art and Research 71 3. Solution Approach 77 3.1 Need for Research and General Solution Approach 77 3.2 Use Case Delineation and Planning Focus 80 3.3 Economic Module – Solution Approach 86 3.4 Gripper Feasibility Module – Solution Approach 89 3.5 Rough Layout Discretization Model – Solution Approach 94 3.6 Cycle Time Estimation Module – Solution Approach 97 3.7 Collaborative Speed Estimation Module – Solution Approach 103 3.7.1 General Approach 103 3.7.2 Case 1: Quasi-static Contact with Hand 107 3.7.3 Case 2: Transient Contact with Hand 109 3.7.4 Case 3: Transient Contact with Shoulder 111 3.8 Synthesis – Solution Approach 114 4. Module Development 117 4.1 Economic Module – Module Development 117 4.1.1 General Approach 117 4.1.2 Calculation Scheme for Manual Operation 117 4.1.3 Calculation Scheme for Collaborative Robots 118 4.1.4 Calculation Scheme for Industrial Robots 120 4.2 Gripper Feasibility Module – Module Development 121 4.3 Rough Layout Discretization Module – Module Development 122 4.3.1 General Approach 122 4.3.2 Two-Dimensional Layout Pattern 123 4.3.3 Three-Dimensional Layout Pattern 125 4.4 Cycle Time Estimation Module – Module Development 126 4.4.1 General Approach 126 4.4.2 Reachability Study 127 4.4.3 Simulation Results 128 4.5 Collaborative Speed Estimation Module – Module Development 135 4.5.1 General Approach 135 4.5.2 Case 1: Quasi-static Contact with Hand 135 4.5.3 Case 2: Transient Contact with Hand 143 4.5.4 Case 3: Transient Contact with Shoulder 145 4.6 Synthesis – Module Development 149 5. Practical Verification 155 5.1 Use Case Overview 155 5.2 Gripper Feasibility 155 5.3 Layout Discretization 156 5.4 Collaborative Speed Estimation 157 5.5 Cycle Time Estimation 158 5.6 Economic Evaluation 160 5.7 Synthesis – Practical Verification 161 6. Results and Conclusions 165 6.1 Scientific Findings and Results 165 6.2 Critical Appraisal and Outlook 173

Die GENEME stellt auf ihrer diesjährigen Konferenz „innovative Technologien und Prozesse zur Organisation, Kooperation und Kommunikation in virtuellen Gemeinschaften“ in ihren thematischen Mittelpunkt. Virtuelle Gemeinschaften werden schon seit Mitte der 1990er Jahre beforscht. Gab es aber im frühen Web 1.0 kaum Applikationen und Konzepte zur Förderung der Interaktivität und der Kollaboration, werden die Internetnutzer seit etwa 2003 im Web 2.0 zu sogenannten Prosumern. Sie konsumieren nicht nur Inhalte sondern produzieren sie auch. Katalysatoren hierfür sind virtuelle Gemeinschaften, die sich zu thematischen Gemeinschaften, so genannten Communities of Practice, formieren. Die Möglichkeiten und der Aktionsradius zur Interaktion und Kollaboration in Virtuellen Gemeinschaften werden aktuell im Internet neu definiert. Dies erklärt sich durch die Entwicklung neuer Technologien und Internetdienste. (...)

Kollaboratives Schreiben (KS) bezeichnet das gemeinsame Erstellen eines Textdokuments in einer Gruppe, deren Mitglieder zur gleichen Zeit oder an unterschiedlichen Zeiten, am gleichen oder an unterschiedlichen Orten arbeiten können. Ausgehend von einer detaillierten KS-Analyse und den daraus resultierenden Anforderungen an softwaregestützte KS-Systeme, werden zunächst typischen Entwurfsmuster für die Implementation derartiger Systeme herausgearbeitet. Im Anschluss daran werden zwei unterschiedliche Software-Architekturen entwickelt und diskutiert. Zum einen ist dies eine Erweiterung des etablierten Protokollstandards WebDAV um eine auf Textabschnitten basierende Synchronisation, zum anderen eine idealtypische Architektur für ein neu zu entwickelndes KS-System, welche im Gegensatz zu herkömmlichen Textverarbeitungssystem nicht nur den Text sondern ein Projekt, bestehend aus Text und dessen verknüpften bzw. begleitenden Ressourcen, in den Mittelpunkt der Kollaboration stellt. / Collaborative writing (CW) is a joint work to create a text document in a group whose members are working at different times and at different locations. Firstly, based on a detailed analysis of CW and the resulting demands on software-based CW systems, typical patterns for the implementation of such systems are identified. Subsequently, two different software architectures are developed and discussed. While the first is an extension of the established protocol standard WebDAV to include a section based text synchronization. The second is an ideal type architecture for a newly developed CW system, which in contrast to a conventional word processing system takes not only the text at the center of collaboration but a complete project consisting of text and its linked or associated resources.

Der vorliegende Beitrag setzt sich mit den Möglichkeiten problemorientierten Lernens in kollaborativen virtuellen Umgebungen am Beispiel eines Mock-Trial-Trainings in der OpenSim-basierten Virtual Learning World auseinander. Ausgangspunkt der Auseinandersetzung stellen die Motivation des Einsatzes virtueller Trainings und grundsätzliche Handlungsangebote kollaborativer virtueller Umgebungen einschließlich ihrer Potentiale aus bildungstheoretischer Perspektive dar. Bestehende Mehrwerte und Herausforderungen beim Einsatz virtueller Trainingsumgebungen werden anschließend anhand einer empirischen Untersuchung, die im Rahmen der Entwicklung eines Mock-Trial-Trainings durchgeführt wurde, aufgezeigt und diskutiert.

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Social Tagging und soziale Netzwerke sind zentrale Bausteine des Web 2.0 und Enterprise 2.0. In diesem Beitrag werden die sozialen Aspekte von Social Tagging beleuchtet und ein Ansatz aufgeführt, um in Folksonomies Personen mit ähnlichen Interessen zu finden. Ferner wird ein Tagging-Framework beschrieben, das im Use Case Alexandria im Rahmen des BMWi-Projekts Theseus entstanden ist.