Open Access

With Cloud Computing and multi-core CPUs parallel computing resources are becoming more and more affordable and commonly available. Parallel programming should as well be easily accessible for everyone. Unfortunately, existing frameworks and systems are powerful but often very complex to use for anyone who lacks the knowledge about underlying concepts. This paper introduces a software framework and execution environment whose objective is to provide a system which should be easily usable for everyone who could benefit from parallel computing. Some real-world examples are presented with an explanation of all the steps that are necessary for computing in a parallel and distributed manner.

Die Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Open-Source Plugins für die 3D-Modellierungssoftware FreeCAD, mit welchem es möglich ist, Roboterpfade anhand von 3D-Modellen zu erstellen. Die Pfade sind in einem geeigneten Format exportierbar und können beispielsweise zur Steuerung eines Roboters durch eine speicherprogrammierbare Steuerung verwendet werden. Im ersten Teil der Arbeit wird der geplante Arbeitsablauf der Pfadgenerierung beschrieben und genauer erläutert, welche Vorteile und Pflichten die Erstellung von Open-Source-Software nach sich zieht. Anschließend wird anhand der Systeme „Robot Studio“ von ABB und „MotoSim EG VRC“ von Yaskawa analysiert, wie proprietäre Systeme die Programmierung von Roboterpfaden realisieren. Nach einem Überblick über den aktuellen Stand der Technik in der Roboterprogrammierung, wird die Implementierung des Plugins für FreeCAD beschrieben. Dazu wird anhand des Sourcecodes erläutert, wie neue Arbeitsbereiche erstellt werden können. Es werden verschiedene Funktionen implementiert, welche essenziell für die Erstellung von Roboterpfaden sind. Dazu zählen die Möglichkeit zur Definition von Koordinatensystemen, Roboterposen und das Beschreiben des Roboterpfades durch Pfadsegmente mit verschiedenen Parametern, wie Bewegungsart, Geschwindigkeit und Wegpunkte. Das Plugin wurde getestet indem eine einfache Pick & Place Anwendung erstellt wurde. Anschließend sind mögliche Erweiterungen des Plugins, wie zum Beispiel die Möglichkeit des Duplizierens von Pfadsegmenten am Ende der Arbeit beschrieben.

Risikomanagement wird in einem sicheren Software-Entwicklungs-Lebenszyklus angewendet, um bei Produkten mögliche Risiken bereits in den frühen Entwicklungsphasen zu entdecken. Diese Arbeit ist aus Sicht eines Zulieferers für die elektrische Energiewirtschaft geschrieben. Das Ziel dieser Forschung ist es, bestehende Methoden zur Bedrohungsidentifikation und Metriken zur Risikoanalyse zu untersuchen. Dazu wurde die folgende Forschungsfrage gestellt: Welche Methoden zur Bedrohungsidentifikation und Metriken zur Risikoanalyse sollen verwendet werden, um im Produktentwicklungsprozess den Anforderungen an Unternehmen, die als Zulieferer für die elektrische Energiewirtschaft fungieren, zu entsprechen und potentielle Bedrohungen im Anfangsstadium eines Projektes zu identifizieren? Um diese Forschungsfrage zu beantworten, wurden Methoden zur Bedrohungsidentifikation (STRIDE, Angriffsbäume und Angriffsbibliotheken) und Metriken (aus CVSS, OWASP und Literatur entnommen) zur Risikoanalyse in die theoretische Wissensgrundlage aufgenommen, in Bezug auf den Kontext und die Anforderungen analysiert und ein Ergebnis hergeleitet. Die Analyse basiert auf dem Kontext und der definierten Anforderungen aus Standards und Normen, wie IEC 62443-4-1 (Anforderungen an den Lebenszyklus für eine sichere Produktentwicklung), spezielle Publikationen von dem National Institute of Standards and Technology 800-30 (Guide for Conducting Risk Assessments) und 800-82 (Guide to Industrial Control Systems Security). Zusätzlich wurden noch Empfehlungen von der UP KRITIS (Öffentlich-Private Partnerschaft zum Schutz kritischer Infrastrukturen) aufgenommen. Anhand der Analyse der Methoden zur Bedrohungsidentifikation wurde deduziert, dass aufgrund der Anforderungen keine konkreten Methoden empfohlen werden können. Basierend auf die Anforderungen an die Risikoanalyse konnten in dieser Arbeit die folgenden Schadensmetriken abgeleitet werden: Funktionale, lebensgefährliche oder -bedrohliche Auswirkungen, geschäftliche Auswirkungen, sowie Auswirkungen auf Daten und Informationsressourcen.

Die cloud-basierte Verarbeitung von Datenströmen von IoT-Geräten ist aufgrund hoher Latenzzeiten für zeitkritische Anwendungen nur beschränkt möglich. Fog Computing soll durch Nutzung der Rechen- und Speicherkapazitäten von lokal vorhandenen Geräten eine zeitnahe Datenverarbeitung und somit eine Verringerung der Latenzzeit ermöglichen. In dieser Arbeit werden Anforderungen an ein Fog Computing-Framework erhoben, das die dynamische Zuweisung und Ausführung von Services auf ressourcen-beschränkten Geräten in einem lokalen Netzwerk zur dezentralen Datenverarbeitung ermöglicht. Zudem wird dieses Framework prototypisch für mehrere Transportkanäle, unterschiedliche Betriebssysteme und Plattformen realisiert. Dazu werden die Möglichkeiten der Skriptsprache Lua und des Kommunikationsmechanismus Remote Procedure Call genutzt. Das Resultat ist ein positiver Machbarkeitsnachweis für Fog Computing-Funktionalitäten auf ressourcenbeschränkten Systemen. Zudem werden eine geringere Latenz und eine Reduktion der Netzwerklast ermöglicht.

Die morphologische Beurteilung menschlicher Embryos ist ein zeitaufwändiger Prozess in der assistierten Reproduktionsmedizin. Etwa fünf Tage entwickeln sich die Embryos bei einer IVF-Behandlung außerhalb des menschlichen Körpers, bevor Embryologinnen und Embryologen die Entscheidung über die zu transferierenden – also die für die Einleitung einer künstlich herbeigeführten Schwangerschaft zu verwendenden – Embryos anhand unterschiedlicher Bewertungskriterien treffen. Im Anschluss an eine Einführung in die Embryologie werden in dieser Arbeit mögliche Methoden zur automatisierten Embryoselektion besprochen, implementiert, miteinander verknüpft und abschließend evaluiert. Die Arbeit beschränkt sich mit dem EmbryoScope auf einen Zeitrafferinkubator, welcher in den IVF Zentren Prof. Zech in Bregenz in den letzten Jahren viele Millionen Bilder tausender befruchteter Eizellen und den daraus entstehenden Embryos aufgenommen hat. Dieses Gerät diente als Datenquelle zur Unterstützung bei der Entwicklung des Analysetools. Das entstandene Softwareprodukt wurde so programmiert, dass gegebenen Daten vorverarbeitet und unter Anwendung von Bildmanipulationsverfahren und komplexer neuronaler Netze analysiert werden können. Das Ergebnis ist eine Software zur Erkennung und Bewertung unterschiedlicher Parameter der Embryoentwicklung, um daraus Vorschläge für die Selektion der zu transferierenden Embryos generieren und übersichtlich präsentieren zu können. Zur Evaluierung des Systems konnten drei Embryologinnen und Embryologen aus drei IVF Kliniken unterschiedlicher europäischer Länder gewonnen werden, um anhand einer eigens entwickelten Annotationssoftware Vergleichsdaten zu generieren. Als Endergebnis der Arbeit wurde die Einheitlichkeit dieser erhaltenen Annotationsdaten mit den errechneten Vorschläge anhand unterschiedlicher Kriterien berechnet. Die Transferierbarkeit eines einzelnen Embryos konnte im Vergleich zur Entscheidung des Laborpersonals in 73 % der Fälle korrekt erkannt werden. Bezogen auf eine gesamte IVF Behandlung konnte bei den tatsächlich zu transferierenden Embryos eine vollumfängliche Einheitlichkeit von 26 % mit den Embryologinnen und Embryologen erreicht werden. Embryos, welche von dem entstandenen Analysetool als transferierbar erkannt und unter Beachtung weiterer vorhandener Embryos für die weitere Behandlung vorgeschlagen wurden, sind in 63 % der Fälle für einen Transfer geeignet. Das entstandene Vorschlagsystem ist als Proof of Concept zu verstehen, welches in späteren Arbeiten durch tiefgreifendere Analysen erweitert werden kann. Ein Einsatz des Systems ist aufgrund der geringen Analysesicherheit, sowie technischen und rechtlichen Einschränkungen zum Abschluss der vorliegenden Arbeit nicht vorgesehen.