Der Konferenzbeitrag zeigt den Forschungs- und Technikstand bezüglich des Griff-in-die-Kiste auf. Basierend auf einer Literaturrecherche werden Beispiele für regelbasierte und lernende Verfahren vorgestellt. Anschließend erfolgt eine systematische Gegenüberstellung der Verfahren. Hierfür werden die Anforderungen, die ein Griff-in-die-Kiste-System zu erfüllen hat, dargelegt. Die Kriterien resultieren aus einer Expertenbefragung des produktionstechnischen Umfelds der Weidmüller Gruppe. Neben den Anforderungen werden die Gewichtungen zur Bildung einer Rangfolge ermittelt. Die erarbeiteten Anforderungen dienen anschließend zur Bewertung der regelbasierten und lernenden Verfahren. Die Analyse mündet in einer methodischen Lücke zwischen beiden Paradigmen und stellt die Ausgangsbasis für die weitere Arbeit zur Entwicklung des industriellen Griff-in-die-Kiste dar. Abschließend werden erste Arbeitsergebnisse zur Objekterkennung von Reihenklemmen veröffentlicht. In einer Untersuchung werden die Zuverlässigkeit, die Robustheit sowie die Einrichtdauer einer Objekterkennung mithilfe von Deep Learning ermittelt. Das angestrebte Forschungsergebnis stellt einen Entwicklungsschritt von automatisierten Systemen, die in einem definierten Wirkbereich eigenständig arbeiten, zu autonomen Systemen, die selbstständig auf zeitvariante Größen reagieren, dar.

Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Softwarelösung zur semantischen und syntaktischen Umwandlung natürlicher Sprache in Datenbankabfragesprachen. Ziel ist es, eine benutzerfreundliche Schnittstelle zu schaffen, die auch Nicht-Experten ermöglicht, komplexe Datenbankabfragen durchzuführen. Im Rahmen eines Praktikums bei der OntoChem GmbH wurde zunächst ein regelbasierter Prototyp entwickelt, der natürliche Sprachabfragen in maschinenlesbare Datenbank abfragen transformiert. Anschlieÿend wurde dieser Ansatz mit einem auf Large Language Models (LLMs) basierenden Ansatz, wie beispielsweise ChatGPT, verglichen. Dabei wurden unter anderem die Effizienz, Genauigkeit, Zuverlässigkeit und ökonomischen Kosten beider Ansätze untersucht. Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Grundlagen der natürlichen Sprachver arbeitung (NLP), regelbasierter Systeme und LLMs. Es folgt eine detaillierte Beschrei bung des Praktikumsprojekts, einschlieÿlich der eingesetzten Technologien und Tools. In den darauf folgenden Kapiteln werden der regelbasierte Ansatz und der LLM-Ansatz zur Umwandlung natürlicher Sprache in Datenbankabfragen vorgestellt, implementiert und getestet. Die Vergleichsanalyse zeigt, dass der regelbasierte Ansatz durch hohe Geschwindigkeit und Datenkontrolle besticht, jedoch in seiner Flexibilität und Genauigkeit limitiert ist. Der LLM-Ansatz bietet hingegen eine höhere Genauigkeit und Flexibilität bei der Interpretation natürlicher Sprache, weist jedoch längere Antwortzeiten und höhere Betriebskosten auf. Abschließend werden Empfehlungen für die Praxis gegeben und zukünftige Forschungsrichtungen aufgezeigt, wie etwa die Kombination beider Ansätze oder das Training eines eigenen Modells. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen dazu bei, die Interaktion zwischen natürlicher Sprache und Datenbanksystemen zu verbessern und bieten praktische Lösungen für die semantische Transformation von Benutzeranfragen.:1 Einleitung 2 1.1 Motivation 2 1.2 Zielsetzung der Arbeit 3 1.3 Aufbau der Arbeit 4 2 Hintergrund und theoretische Grundlagen 6 2.1 Natürliche Sprachverarbeitung (NLP) 6 2.1.1 Grundlagen der NLP 6 2.1.2 Modelle und Algorithmen 7 2.1.3 Anwendungsbereiche 8 2.2 Regelbasierte Systeme 9 2.2.1 Definition und Funktionsweise 9 2.2.2 Beispiele und Anwendungen 10 2.3 Large Language Models (LLMs) 10 2.3.1 Funktionsweise und Architektur 10 2.3.2 Entwicklung und Technologien 14 2.3.3 Training und Datenbasis 15 2.3.4 Anwendungsbereiche 15 2.3.5 Limitationen von GPT-Modellen 16 3 Praktikumsprojekt bei OntoChem GmbH 18 3.1 Unternehmensvorstellung 18 3.1.1 Überblick und Geschichte 18 3.1.2 Produkte und Technologien 19 3.2 Projektbeschreibung 21 3.2.1 Ziel des Projekts 21 3.2.2 Aufgabenstellung 26 3.3 Technologie-Stack und Tools 27 3.3.1 Programmiersprache und Umgebung 27 3.3.2 Bibliotheken 28 4 Regelbasierter Ansatz zur Umwandlung natürlicher Sprache in Datenbankabfragen 29 4.1 API-Design 29 4.1.1 Methodik und Konzeption 29 4.1.2 structFromNaturalSearch 29 4.1.3 queryFromSearchStructure 35 4.2 Implementierung 37 4.2.1 Funktion: SearchStructureFromString 37 4.2.2 Integration OC-Technologien 38 4.2.3 Algorithmen und Regeln 40 4.2.4 Herausforderungen 43 5 LLM-Ansatz zur Umwandlung natürlicher Sprache in Datenbankabfragen 45 5.1 Einführung in den LLM-Ansatz 45 5.1.1 Grundlagen 45 5.1.2 Vergleich mit Regelbasierten Systemen 46 5.2 Prompting in LLMs (z.B. ChatGPT) 46 5.2.1 Prinzipien des Promptings 46 5.2.2 Design effektiver Prompts 47 5.3 Tests und Evaluierung 50 5.3.1 Beschreibung der Tests 50 5.3.2 Ergebnisse und Analyse 52 6 Vergleich der Ansätze 58 6.1 Methodik 58 6.2 Ergebnisse 58 6.3 Diskussion 61 7 Evaluation und Ausblick 62 7.1 Kritische Betrachtung 62 7.2 Limitationen und Fehlerquellen 62 7.3 Fazit und Implikationen 63 7.4 Zukünftige Forschung 63 Literaturverzeichnis I Abbildungsverzeichnis IV Daten- und Codeverzeichnis V

A bigraph-driven vending machine is implemented. The application is realized as a Spring-based webservice. Actions can be initiated by REST endpoints. The system follows a rule-based architecture, where possible operations are grounded on a rule set. Bigraphical Reactive Systems are used for the specification and execution. The actual state of the application is a bigraph stored in a database, which can be viewed and altered directly in the database. A history of states is kept - the application can be transferred to any prior state. The application can be updated or extended by merely changing the bigraphical database model.:First Part: A system of a vending machine is specified and analyzed using BDSL. This concerns the static and dynamic aspects of the system. Second Part: The analysis results are re-used for the implementation using Bigraph Framework. The application is realized as a webservice that is built using the Spring framework. / Ein bigraph-gesteuerter Verkaufsautomat wird implementiert. Die Anwendung ist als Spring-basierter Webservice realisiert. Aktionen können über REST-Endpunkte initiiert werden. Das System folgt einer regelbasierten Architektur, bei der die möglichen Operationen auf einem Regelsatz beruhen. Für die Spezifikation und Ausführung werden Bigraphical Reactive Systems verwendet. Der aktuelle Zustand der Anwendung ist ein in einer Datenbank gespeicherter Bigraph, der direkt in der Datenbank eingesehen und verändert werden kann. Es wird eine Historie der Zustände geführt - die Anwendung kann in einen beliebigen früheren Zustand überführt werden. Die Anwendung kann aktualisiert oder erweitert werden, indem lediglich das bigraphische Datenbankmodell geändert wird.:First Part: A system of a vending machine is specified and analyzed using BDSL. This concerns the static and dynamic aspects of the system. Second Part: The analysis results are re-used for the implementation using Bigraph Framework. The application is realized as a webservice that is built using the Spring framework.

Mathematische Modellierung ist ein wichtiges Werkzeug biologischer Forschung geworden, was sich in der Entstehung von Systembiologie widerspiegelt. Eine erfolgreiche Anwendung mathematischer Methoden auf biologische Fragen erfordert die Zusammenarbeit zwischen experimentell und theoretisch arbeitenden Wissenschaftlern, auch um sicherzustellen, dass die Biologie im Modell adäquat dargestellt wird. Ich präsentiere hier zwei Untersuchungen zur Anpassung von Saccharomyces cere- visae an hyperosmotische Bedingungen: Eine biologisch detailgetreue Beschreibung der Signaltransduktion zur Aktivierung von Hog1 und ein Model, das Anpassung an osmotischen Stress in zellulärem Zusammenhang beschreibt. Die Studie zur Osmoadaptation in zellulären Kontext impliziert, dass Hog1 und Fps1, zwei wichtige Bausteine dieses Adaptationsvorgangs, miteinander in Wechselwirkung treten und dies zur Anpassung beiträgt. Dieses Ergebnis wird durch die Integration verschiedener Hefestämme mit zum Teil gegensätzlich wirkenden Mutationen ermöglicht. Diese Studie offenbart des weiteren, dass die Rolle von Glycerol in der langfristigen Anpassung bisher überschätzt wurde. Die hier präsentierten Ergebnisse zeigen, dass Glycerol als ’Not’-Osmolyt eingesetzt wird und andere Stoffe, z.B. Trehalose, erheblich zu dauerhafter Osmoadaptation beitragen. Durch die Betrachtung des Zustands mehrerer zellulärer Mechansimen wird deutlich, dass Osmoadaptation stark vom Kontext abhängig ist und nicht perfekt ist. Der Preis schlägt sich in langsamerem Wachstum nieder. Zeitabhängige Sensitivitätsanalyse des Modells untermauert diese Hypothese. Die gewählte Perspektive ermöglicht die Betrachtung von intrazellulären Signaltransduktionskomponenten, Metaboliten und des Wachstums. Der Vergleich mit einer Studie, die Anpassung an osmotischen Stress als perfekte Adaptation auf Grund eines vereinfachten Modells beschreibt, hebt die Rolle der gewählten Perspektive zum Verständnis biologischer Systeme hervor. / Mathematical modeling has become an important tool in biology, reflected in the emergence of systems biology. Successful application of mathematical methods to biological questions requires collaboration of experimental and theoretical scientists to identify and study the problem at hand and to ensure that biology and model match. In this thesis, I present two studies on adaptation to hyperosmotic conditions in the yeast Saccharomyces cerevisae: A biologically faithful description of the signaling pathways activating Hog1 and a model integrating the effects of Hog1-activity and cellular metabolism, describing osmoadaptation in cellular context. The study of osmoadaptation in cellular context suggests that Hog1 and Fps1, two crucial components of adaptation, interact upon hyperosmotic stress. This finding is facilitated by incorporating multiple strains with mutations leading to partly oppositional phenotypes. This study further reveals that the role of glycerol in long term adaptation has been overestimated so far. According to the results presented here, glycerol is utilized as an ’emergency’ osmoprotectant and other compounds, e.g. trehalose, contribute significantly to osmoadaptation. Accounting for the state of multiple cellular mechanisms (Hog1-activity, glycolysis, growth) shows that adaptation to hyperosmotic stress and the impact of the individual mechanisms of adaptation is context dependent and that adaptation to sustained osmostress is not perfect, the expense reflected in a reduced growth rate in hyperosmotic medium. Time-dependent sensitivity analysis supports the notion of context. The perspective chosen allows observations on intracellular signaling components, metabolites and growth speed. Comparison with a study that describes osmoadaptation as perfect adaptation highlights the role of this perspective for the conclusions drawn, thus emphasizing the importance of an integrative perspective for understanding biological systems.

Indexing video data is essential for providing content based access. In this paper, we consider how database technology can offer an integrated framework for modeling and querying video data. As many concerns in video (e.g., modeling and querying) are also found in databases, databases provide an interesting angle to attack many of the problems. From a video applications perspective, database systems provide a nice basis for future video systems. More generally, database research will provide solutions to many video issues even if these are partial or fragmented. From a database perspective, video applications provide beautiful challenges. Next generation database systems will need to provide support for multimedia data (e.g., image, video, audio). These data types require new techniques for their management (i.e., storing, modeling, querying, etc.). Hence new solutions are significant. This paper develops a data model and a rule-based query language for video content based indexing and retrieval. The data model is designed around the object and constraint paradigms. A video sequence is split into a set of fragments. Each fragment can be analyzed to extract the information (symbolic descriptions) of interest that can be put into a database. This database can then be searched to find information of interest. Two types of information are considered: (1) the entities (objects) of interest in the domain of a video sequence, (2) video frames which contain these entities. To represent these information, our data model allows facts as well as objects and constraints. We present a declarative, rule-based, constraint query language that can be used to infer relationships about information represented in the model. The language has a clear declarative and operational semantics. This work is a major revision and a consolidation of [12, 13]. / This is an extended version of the article in: 15th International Conference on Data Engineering, Sydney, Australia, 1999.

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