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Mit Metrologie in die Zukunft - Herausforderung Digitalisierung

Digitalisierung - Kernziel 1

Die PTB will auch in einer digitalisierten Welt die Einheitlichkeit im Messwesen sicherstellen.

Die Qualitätsinfrastruktur (QI) in Deutschland ist ein wesentlicher Garant des wirtschaftlichen Erfolgs. Sie basiert auf dem Zusammenspiel von Metrologie, Standardisierung, Akkreditierung, Konformitätsbewertung und Marktüberwachung. Dabei spielt die PTB eine ganz wesentliche Rolle. Zu ihren gesetzlichen Kernaufgaben gehört die Sicherstellung der Einheitlichkeit des Messwesens nach dem Einheiten- und Zeitgesetz. Die PTB ist also Garant für die Sicherstellung von Messrichtigkeit, Messbeständigkeit und Prüfbarkeit und unterstützt die internationale Harmonisierung in diesen Bereichen stark. Um diese Ziele auch in einer digitalisierten Welt erreichen zu können, entwickelt die PTB Anwendungen wie Digitale Kalibrierzertifikate, erforscht im Kompetenzzentrum „Metrologie für virtuelle Messgeräte“ (VirtMet) die Vergleichbarkeit von realen und virtuellen Messungen und arbeitet an objektiven Bewertungsmethoden für maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz. 

Digitale Kalibrierzertifikate

digitales Kalibrierzertifikat
Grundlegender Ansatz für ein digitales Kalibrierzertifikat

Im industriellen Messwesen unterstützt die PTB das Kalibrierwesen bei der Entwicklung maschinenlesbarer digitaler Zertifikate mit entsprechender Infrastruktur für die gegenseitige Anerkennung der Gültigkeit. Ein Beispiel hierfür ist das Opens internal link in current windowDigitale Kalibrierzertifikat, welches die Kalibrierinformation in einer für Computer verständlichen Struktur enthält und mit einem digitalen Siegel gesichert werden kann. So können diese Informationen direkt in digitalen Systemen ausgelesen und automatisiert weiterverwendet werden. Neben der Nutzung für digitale Kalibrierzertifikate ist diese Vorgehensweise auch übertragbar auf beliebige andere metrologische Dokumente wie beispielsweise maschinenlesbare Konformitätsbescheinigungen oder digitale Prüfberichte. Über geeignete Softwareschnittstellen wird die in diesen Dokumenten enthaltene Information weltweit nutzbar.

 

Ansprechpartner: Dr. Siegfried Hackel, 1.01 Digitalisierung in der Abteilung 1, Tel.:(0531) 592-1017, Opens window for sending emailSiegfried.Hackel(at)ptb.de

Das Kompetenzzentrum „Metrologie für virtuelle Messgeräte“

Im Zuge der Digitalisierung nimmt die Bedeutung von mathematisch-physikalischen Simulationen und computerbasierten Experimenten rasant zu. Wenn mit solchen Simulationen reale Messeinrichtungen und Messungen nachempfunden werden, so kann man dies als virtuelles Messgerät bezeichnen. Aufgabe der Metrologie ist hier die Sicherung von Vertrauen in Simulationsergebnisse, wenn diese in derselben Weise wie reale Messungen verwendet werden sollen. Aus diesem Grund hat die PTB das Kompetenzzentrum „Metrologie für virtuelle Messgeräte“ (VirtMet) eingerichtet. Hier betreibt sie interdisziplinäre Forschung und bündelt Expertise, um sowohl konkrete virtuelle Messverfahren zu entwickeln als auch übergeordnete Fragestellungen zu bearbeiten, z. B.: Wie stellt man die Vergleichbarkeit von virtuellen und realen Messungen her? Welche Standards für Schnittstellen, Metadaten und Datenformate sind notwendig? Und wie können virtuelle Experimente für komplexe Messsysteme mit Methoden des maschinellen Lernens behandelt werden?

 

Ansprechpartner:

Dr. Sascha Eichstädt, Opens internal link in current windowPSt1 "Koordination Digitalisierung", Tel.:(030) 3481-2008, Opens window for sending emailSascha.Eichstaedt(at)ptb.de

Maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz

Ein Verfahren, das in der PTB entwickelt wurde und auf maschinellem Lernen basiert, hilft, Mammografiebilder besser zu lesen. (Foto: picture alliance / dpa)

Durch den digitalen Wandel entstehen kontinuierlich neue Produkte und Prozesse, welche die bewährten Maßnahmen zur Qualitätssicherung an ihre Grenzen bringen. Besonders deutlich wird das an komplexen Produkten, die nach dem Inverkehrbringen ihren Zustand dynamisch verändern. Damit sie zuverlässig sind, müssten sie während ihres Lebenszyklus mehrfach, teils kontinuierlich geprüft werden. Dafür gibt es noch keine praktikablen Lösungen. Ein Beispiel hierfür sind Anwendungen des maschinellen Lernens (als eine Art von künstlicher Intelligenz - KI) in der Medizintechnik. Obwohl zurzeit zahlreiche innovative Medizinprodukte mit hohem Softwareanteil entwickelt werden, gelingt nur einem Bruchteil der Sprung in den Gesundheitsmarkt. Ein wesentlicher Grund dafür ist der Mangel an strukturierten Prozessen und einer Qualitätsinfrastruktur zur objektiven, belastbaren und reproduzierbaren Validierung von KI-Technologien. Die PTB arbeitet daran, für den Einsatz maschinellen Lernens objektive Bewertungsmethoden für die Qualität von Algorithmen festzulegen, gemeinsam mit medizinischen Experten Verfahren für die Bereitstellung von Referenzdaten zu entwickeln sowie an Normen und Standards für quantifizierbare und prüfbare Kriterien für die Datenqualität mitzuarbeiten. Beispielsweise trainieren Forschende der PTB ein künstliches neuronales Netz darauf, die Qualität einzelner Mammografiebilder einzuschätzen. Eine große Hilfe ist dabei eine von der PTB entwickelte virtuelle Mammografie, die zu einer riesigen Datenbank an Bildern mit jeweils genau bekannten Eigenschaften geführt hat. In diesem Zusammenhang beteiligt sich die PTB auch an der Entwicklung und Etablierung einer digitalen Qualitätsplattform, mit der KI-basierte Lösungen validiert werden können. Die Plattform soll nachvollziehbare Kriterien zur Bestimmung der Datenqualität liefern und gewährleisten, dass die Evaluation durch den Computer objektiv und sicher vor Manipulation ist.

 

Beteiligte Fachbereiche

Opens internal link in new windowFachbereich 6.2 Dosimetrie für Strahlentherapie und Röntgendiagnostik

Opens internal link in new windowFachbereich 8.4 Mathematische Modelierung und Datenanalyse