General Informationen for the Course "Science and Technology Project in Physical Making, Prototyping and Testing" (6003P)

Course Type: Mandatory course
Holding: in the summer term/winter term
Course Number: Tutorial: 6003P
Hours per Week: 8 (0 Lecture, 0 Tutorial, 8 Laboratory)
ECTS-Credits: 8,0
Dates: Thu., 12:00 - 17:00, (ITZ) SR 003
Expected Number of Participants: ca. 20
Begin of the Tutorial: 18.10.2018

Course Description

Content: Im Rahmen des Praktikums wird eine realitäts- bzw. forschungsnahe Problemstellung aus dem Kontext des Studienganges mittels der Problemstellung angemessener Methoden und Werkzeuge weitestgehend eigenständig bearbeitet. Dabei werden geeignete Vorgehensweisen zur Projekt- und Arbeitsorganisation angewendet. Das jeweils entsprechend der Aufgaben- und Problemstellung angemessene Vorgehen entspricht dabei so weit wie möglich der bestehenden Praxis in der wissenschaftlichen Arbeit, Praxis und Forschung.
  Es wird ein komplexes Projekt systematisch bearbeitet. Die Bearbeitung des Projektes erfolgt dabei allein durch den Studierenden. Die durchzuführende Projektarbeit wird geeignet in bearbeitbare Arbeitspakete unterteilt. Die Umfänge und Gewichtungen der einzelnen Aktivitäten eines jeden Arbeitspakets sind dabei von der konkreten Problemstellung abhängig. Dies gilt ebenfalls für die konkret anzuwendenden Methoden bzw. einzusetzenden Werkzeuge. Diese können auf Grund der Vielfältigkeit des Studiengangs nur im Kontext der konkreten Problemstellung ausgewählt werden.
  Die Studierenden erhalten in Workshops und durch Coachings und Hands-on Einführungen didaktisch aufbereitete Einführungen in die verschiedenen Technologien, Werkzeuge und Methoden. In gemeinsamen Sitzungen werden repräsentative Beispiele gemeinsam umgesetzt um die Studierenden danach zu eigener Anwendung, ggf. nach zusätzlichem Selbststudium, zu befähigen.
  Bei der Bearbeitung des vorlesungsbegleitenden Projekts werden folgende Aktivitäten für die 1.) Implementierung bzw. für die 2.) Mensch-Maschine-Interaktion bzw. für die 3.) wirtschaftlichen und rechtlichen Aspekte abgedeckt:
1. Analyse 1.) Detaillierte Festlegung der Anforderungen an das System. Beachtung der Grundprinzipien Präzision, Vollständigkeit und Konsistenz. Der Inhalt umfasst das Systemmodell als Übersicht, die geeignete Beschreibung der Systemumgebung mittels geeigneter Werkzeuge, sowie die Erfassung und Dokumentation funktionaler und nicht-funktionaler Anforderungen.
  2.) Für die Mensch-Maschine Interaktion sind, zusätzlich zu den genannten Aufgaben, Prototyping-Methoden einzusetzen (z.B. Wizard-of-Oz) bzw. Studien zur Identifikation der Nutzergruppen (z.B. Interviews) durchzuführen.
  3.) Hierbei sollen insbesondere auch rechtliche und wirtschaftliche Aspekte behandelt werden.
   
2. Entwurf 1.) Hauptbestandteil ist ein systematischer Grobentwurf eines Systems, das die in der Analyse ermittelten Anforderungen bestmöglich erfüllt. Auf dieser Basis wird ein detaillierter Entwurf ausgearbeitet, der mit der Problemstellung angemessenen, domänenspezifischen Werkzeugen und Vorgehensweisen das umzusetzende System spezifiziert und dokumentiert.
  2.) Die Mensch-Maschine Interaktion ist, im Gegensatz zum Hauptsystem, mittels Prototyping-Methoden agil und iterativ zu entwerfen und zu validieren. Dazu sind z.B. Methoden zur Erstellung horizontaler bzw. vertikaler High-Level/Low-Level Prototypen aus dem Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion einzusetzen.
  3.) Wirtschaftliche und rechtliche Aspekte sollten bei der Machbarkeitsuntersuchung dediziert erfasst, bewertet und einbezogen werden.
   
3. Umsetzung 1.) Im Rahmen der Umsetzung erfolgt die tatsächliche Realisierung des entworfenen Systems. Das System besteht in der Regel aus Software- und Hardware-Komponenten. Zur Realisierung sind bestehende, konfigurierbare Softwarebausteine mit eigener Software zu ergänzen und zu einem lauffähigen Gesamtsystem zu integrieren. Hierzu werden Methoden aus dem Bereich der verteilten Systeme, z.B. Architekturentwurf, oder der vernetzten Systeme, z.B. Socket-Programmierung, verwendet.
  2.) Die Umsetzung der Mensch-Maschine Interaktion wird durch spezielle Frameworks und Entwicklungssysteme unterstützt, z.B. aus dem Bereich mobiler Anwendungen.
  3.) Geeignete Kalkulationen und rechtliche Bewertungen sollten die Realisierbarkeit an Hand quantitativer Daten belegen.
   
4. Validierung und Verifikation 1.) Validierung und Verifikation der Ergebnisse von Entwurf und Umsetzung auf Grundlage der durch Analyse bestimmten Anforderungen.
  2.) Die Anwendung ist durch geeignete Methoden aus dem Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion zu evaluieren und die Ergebnisse sind kritisch zu diskutieren. Hierzu können z.B. Beobachtung, Fragebögen, Effizienz- und Fehlermessungen bei der Interaktion eingesetzt werden. Zur Auswertung kommen geeignete Methoden aus der Mathematik und Statistik zum Einsatz, sowie entsprechende Spezialsoftware (z.B. SPSS, Matlab).
  3.) Entsprechende Belege sind auch für wirtschaftliche Tragfähigkeit des Konzepts zu erbringen.
   
Allgemein gilt dabei: Jedes Arbeitspaket kann eine oder mehrere dieser Aktivitäten umfassen und jede Aktivität kann Gegenstand von einem oder mehreren Arbeitspaketen sein. Dabei müssen alle Inhalte der Aufgabenstellung durch Arbeitspakete adäquat abgedeckt sein. In den einzelnen Arbeitspaketen kommen projekt- und domänenspezifische Werkzeuge, Methoden und Beschreibungs-sprachen zum Einsatz. Das Ergebnis eines jeden Arbeitspaket ist ein eigenes Dokument, ggf. begleitet von Software, ggf. begleitet von Anhängen mit z.B. Software oder Beschreibungen von Hardwareblöcken in geeigneten Spezifikationssprachen.
  Jedes Arbeitspaket schließt mit einem kurzen Kolloquium ab, in dem die Ergebnisse den Betreuern präsentiert und verteidigt werden. Das Kolloquium kann auch die Präsentation zusammen mit anderen Teams umfassen um eine reflektive Diskussion über die Ergebnisse und Vorgehensweisen zu ermöglichen. Zu jedem Kolloquium ist darüber hinaus ein Bericht abzugeben.
  Der Studierende wird durch regelmäßige Treffen mit dem Betreuer unterstützt, deren Häufigkeit der aktuellen Phase bzw. dem Bearbeitungsfortschritt angemessen ist.
  Das Praktikum schließt mit einem Abschlusskolloquium ab, in dem das fertig entwickelte System präsentiert und abgenommen wird.
  Programmiersprachen sind hauptsächlich: C/C++/Java/JavaScript/Phyton
  Darüber hinaus werden der Problemstellung angemessene spezifische Werkzeuge und Methoden eingesetzt.
   
Previous knowledge required: none
   
Previous knowledge expected: - Erfolgreiche Absolvierung der Module „Writing Technical and Scientific Reports“
  -„Mobile Human-Computer Interaction“ oder “Grundlagen der Mensch-Maschine Interaktion”
   
Objective (expected results of study and acquired competences):  
Skills: Die Studierenden lernen die grundlegenden Vorgehensweisen, Methoden und Werkzeuge eines Nutzer-zentrierten und Technologie-orientierten Making-Prozesses kennen. Die Studierenden erwerben Kenntnisse über Ideation und Kreativitätsprozesse und unterstützende Methoden und Werkzeuge. Dazu zählt auch die Gestaltung der Arbeits- und Ideationumgebung. Die Studierenden kennen die notwendigen Basistechnologien und deren Vor- und Nachteile in den verschiedenen Einsatzbereichen, z.B. additive und subtraktive Fertigungsverfahren inklusive den notwendigen Grundlagen der verwendeten Werkstoffe und Materialien. Die Studierenden kennen grundlegende Technologien und Werkzeuge zur Entwicklung digitaler Prototypen und Demonstratoren. Sie wissen sie vorgefertigte, kommerziell verfügbare elektronische Module zur Sensor- und Aktor-Steuerung an Standard-Plattformen (Intel Edison, ARM Cortex) anbinden um interaktive Systeme zu realisieren. Sie kennen einfache Programmierumgebungen und -werkzeuge diese Prototyping-Prozesse bestmöglich unterstützen. Im Bereich der mobilen Technologien kennen die Studierenden die grundlegenden Ansätze zur Programmierung Android-basierter mobiler Endgeräte (Smartphones, Wearables, SmartHome, Digital Health, ...)
Abilities: Die Studierenden können ausgewählte Kreativitätstechniken anwenden um in interdisziplinären Teams Ideen und Lösungsvorschläge unter Anwendung methodischer Vorgehensweisen zu erarbeiten. Sie kennen Prototyping-Werkzeuge und Maker-Technologien zur Umsetzung von Konzeptstudien und Prototypen. Sie können Software- und Hardware Werkzeuge an Hand der jeweiligen Anforderungen des Prototyps bewerten und auswählen und einfache Prototypen mit Hilfe geeigneter Maschinen umsetzen. Sie kennen Software-Werkzeuge zur Modellierung und können einfache Werkstücke erstellen bzw. bearbeiten, z.B. 3D Modeller für den 3D Druck oder CNC Fräsen für subtraktive Werkstückbearbeitung. Sie kennen grundlegende Prototyping-Umgebungen und können einfache eingebettete Systeme mit Sensoren, Aktoren und Kommunikationssystemen programmieren und zu einem interaktiven System verknüpfen. Sie können einfache Programme für die Android-Plattform schreiben um interaktive Prototypen für Smartphone, Wearable, SmartHome, Digital Health und andere Android-basierte Systeme umzusetzen. Die Studierenden erwerben erste praktische Erfahrungen in der Anwendung der entsprechenden Technologien und Methoden aus dem Kerngebiet dieser Lehrveranstaltung.
Competences: Die Studierenden können die Themenstellung kompetent analysieren, Ideen dazu erstellen und bewerten, geeignete Prototyping-Methoden auswählen, Evaluationsmethoden bewerten und wählen sowie die Datenerfassung und -auswertung planen und durchführen. An Hand der Ergebnisse können die Studierenden eine Bewertung der Ergebnisse vornehmen und diese interpretieren. Die Studierenden können einfache Fallstellungen selbst umsetzen und bewerten.

Exam Information

Assessment (exam method and evaluation): Schriftliche Dokumentation in Form eines technischen Berichts, mündliche Kolloquien zu den Arbeitspaketen die durch geeignete Medien (z.B. Folien) unterstützt werden, dokumentierter und funktionsfähiger Quelltext inkl. aller zur Demonstration notwendigen Informationen, sowie einer Systemdemonstration und Präsentation im Rahmen einer Abschlussveranstaltung.
  Modulnote entspricht der Note der Prüfung
Exam dates & registration: will be announced.
Number of exam dates per semester: 1

Further Information:

StudIP: https://studip.uni-passau.de/studip/dispatch.php/course/overview?cid=69c5a499703cca58da3644697c6bf3e8
Wiki: -
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Recommended Reading: Wird vom Dozent/von der Dozentin bekannt gegeben gegeben.
  Die Literatur wird in Abhängigkeit der konkreten Aufgabenstellung ausgewählt und bekanntgegeben.
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