Die Komplexität des Forschungsmanagements an Universitäten und Hochschulen für Angewandte Wissenschaften hat in den letzten Jahren zugenommen, sowohl auf Seiten der Wissenschaftler als auch auf administrativer Ebene. Insbesondere die Texterstellung und -verarbeitung für Forschungsanträge, Publikationen und andere wissenschaftliche Dokumente erfordern erheblichen Aufwand. Gleichzeitig existieren Methoden und Technologien in den Bereichen Information Retrieval, Maschinelles Lernen und Semantischer Technologien, die für die Analyse und Bewertung dieser Texte geeignet sind. Diese Arbeit zielt darauf ab, Aufwände im Lebenszyklus von öffentlich geförderten Forschungsprojekten zu optimieren. Sie identifiziert aktuelle Entwicklungen und Technologien, um Kriterien für eine Gesamtarchitektur abzuleiten, die wissenschaftliche Texte qualitativ annotiert, trainiert und evaluiert. Das resultierende Framework namens FELIX dient als prototypisches System für die computergestützte Assistenz zur Evaluation wissenschaftlicher Texte. Datenkorpora aus Forschungsanträgen und Publikationen wurden für explorative Experimente verwendet, die u. a. auf Methoden des Maschinellen Lernens basieren. FELIX ermöglicht die Analyse von Texten und Metadaten, die Klassifizierung nach definierten Kriterien und die Vorhersage der Bewilligung von Forschungsanträgen. Die Konzeption und Evaluierung von FELIX führte zu wissenschaftlichen und praktischen Implikationen zur Optimierung des Forschungsmanagements.:1. MOTIVATION 2. THEORETISCHE FUNDIERUNG DES DIGITALEN FORSCHUNGSMANAGEMENTS 3. TECHNOLOGISCHE METHODEN UND STRATEGIEN 4. KONZEPTION EINER SYSTEMARCHITEKTUR 5. EXPLORATIVE STUDIE ZUR COMPUTERGESTÜTZTEN ASSISTENZ ZUR EVALUATION WISSENSCHAFTLICHER TEXTE 6. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ANHANG

Das Bedienpersonal von Verarbeitungsmaschinen ist mit Aufgaben des komplexen Problemlösens konfrontiert. Sie müssen beispielsweise auftretende Störungen im Prozessablauf beheben und auf Schwankungen der verarbeiteten Güter reagieren. Dafür benötigen sie insbesondere tiefgehendes Wissen zur Maschine und den Zusammenhängen des Verarbeitungsprozesses. Der zunehmende Fachkräftemangel in konsumgüterproduzierenden Unternehmen führt jedoch zu einem Wissensmangel in der Belegschaft. Es wird ein Schulungssystem für Bedienpersonal präsentiert, welches dieses Defizit adressiert, indem es unter Nutzung von Virtueller Realität Wissen zu Prozesszusammenhängen, unabhängig von der realen Produktion, vermittelt. Die Kopplung eines virtuellen Maschinenabbilds mit einem semantischen Modell des Prozesses ermöglicht es, dass sich die explorative Manipulation von Maschinenparametern durch den Lernenden realitätsgetreu auf die Visualisierung und die Animation des Prozessablaufs sowie die Produktqualität auswirkt. Neben diesem System, seiner Konzeption und demonstrativen Umsetzung für eine Modellanlage für das Thermoformen von Kunststoff, wird auch das methodische Vorgehen zur Erstellung des inkludierten semantischen Prozessmodells, das Wissen zu qualitativen Zusammenhängen des Thermoformprozesses und Vokabular zur Modellierung dieser enthält, vorgestellt und diskutiert.

The amount of data stored and consumed on a daily basis as well as the complexity of the data structure have grown rapidly in past years [1]. Especially business companies try to reduce the rising expenses from storage infrastructure as well as from re-implementation of user interfaces to adapt to evolving tasks. (...)

Die Entdeckung von neuen Materialien mit speziellen funktionalen Eigenschaften ist eins der wichtigsten Ziele in den Materialwissenschaften. Das Screening des strukturellen und chemischen Phasenraums nach potentiellen neuen Materialkandidaten wird häufig durch den Einsatz von Hochdurchsatzmethoden erleichtert. Schnelle und genaue Berechnungen sind eins der Hauptwerkzeuge solcher Screenings, deren erster Schritt oft Geometrierelaxationen sind. In Teil I dieser Arbeit wird eine neue Methode der eingeschränkten Geometrierelaxation vorgestellt, welche die perfekte Symmetrie des Kristalls erhält, Resourcen spart sowie Relaxationen von metastabilen Phasen und Systemen mit lokalen Symmetrien und Verzerrungen erlaubt. Neben der Verbesserung solcher Berechnungen um den Materialraum schneller zu durchleuchten ist auch eine bessere Nutzung vorhandener Daten ein wichtiger Pfeiler zur Beschleunigung der Entdeckung neuer Materialien. Obwohl schon viele verschiedene Datenbanken für computerbasierte Materialdaten existieren ist die Nutzbarkeit abhängig von der Darstellung dieser Daten. Hier untersuchen wir inwiefern semantische Technologien und Graphdarstellungen die Annotation von Daten verbessern können. Verschiedene Ontologien und Wissensgraphen werden entwickelt anhand derer die semantische Darstellung von Kristallstrukturen, Materialeigenschaften sowie experimentellen Ergebenissen im Gebiet der heterogenen Katalyse ermöglicht werden. Wir diskutieren, wie der Ansatz Ontologien und Wissensgraphen zu separieren, zusammenbricht wenn neues Wissen mit künstlicher Intelligenz involviert ist. Eine Zwischenebene wird als Lösung vorgeschlagen. Die Ontologien bilden das Hintergrundwissen, welches als Grundlage von zukünftigen autonomen Agenten verwendet werden kann. Zusammenfassend ist es noch ein langer Weg bis Materialdaten für Maschinen verständlich gemacht werden können, so das der direkte Nutzen semantischer Technologien nach aktuellem Stand in den Materialwissenschaften sehr limitiert ist. / The discovery of novel materials with specific functional properties is one of the highest goals in materials science. Screening the structural and chemical space for potential new material candidates is often facilitated by high-throughput methods. Fast and still precise computations are a main tool for such screenings and often start with a geometry relaxation to find the nearest low-energy configuration relative to the input structure. In part I of this work, a new constrained geometry relaxation is presented which maintains the perfect symmetry of a crystal, saves time and resources as well as enables relaxations of meta-stable phases and systems with local symmetries or distortions. Apart from improving such computations for a quicker screening of the materials space, better usage of existing data is another pillar that can accelerate novel materials discovery. While many different databases exists that make computational results accessible, their usability depends largely on how the data is presented. We here investigate how semantic technologies and graph representations can improve data annotation. A number of different ontologies and knowledge graphs are developed enabling the semantic representation of crystal structures, materials properties as well experimental results in the field of heterogeneous catalysis. We discuss the breakdown of the knowledge-graph approach when knowledge is created using artificial intelligence and propose an intermediate information layer. The underlying ontologies can provide background knowledge for possible autonomous intelligent agents in the future. We conclude that making materials science data understandable to machines is still a long way to go and the usefulness of semantic technologies in the domain of materials science is at the moment very limited.

The amount of data stored and consumed on a daily basis as well as the complexity of the data structure have grown rapidly in past years [1]. Especially business companies try to reduce the rising expenses from storage infrastructure as well as from re-implementation of user interfaces to adapt to evolving tasks. (...)