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Auf Grundlage der Computer-Aided-Design (CAD)-rekonstruierten ersten „Eisernen
Hand“ des Götz von Berlichingen wird ein umgebautes, controllergesteuertes sensomotorisches Fingersystem auf seine Funktionalität beim Greifen von unterschiedlichen
Gegenständen beschrieben und geprüft. Die elektronischen Finger, die den „Pinzettengriff“
nachahmen und automatisch bei dem zuvor eingestellten Anpressdruck abschalten,
bewiesen eine bemerkenswerte Alltagstauglichkeit. Das vorgestellte Grundkonzept könnte
eine Alternative bei der Entwicklung einfacher und kostengünstiger, aber dennoch gut
einsatzfähiger bionischer Hände sein und zeigt einmal mehr, wie historische Ideen in die
Gegenwart transferiert werden können.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, die Fähigkeiten des LDC1000 EVM von Texas Instruments (TI) zur hochauflösenden induktiven Distanzmessung, integriert in ein Kraftmesssystem, als Alternative zur Dehnungsmessung mit Dehnungsmessstreifen zu untersuchen. Hierzu wurden zunächst Versuche an einem Wegmessaufbau bezüglich Auflösung, Rauschverhalten und der Qualitätsmerkmale für messtechnische Systeme wie Nullpunktstabilität, Linearität und Hystereseverhalten durchgeführt. Anschließend diente eine entworfene Druckmessdose, mit applizierten Dehnungsmessstreifen als Referenz, zur weiteren Untersuchung der Qualitätsmerkmale und zur Optimierung des LDC1000-Systems. Als Messobjekte zur Abstandsmessung kamen die Werkstoffe AlMgSi0,5, St37, AlCu4Mg1 und 1.4305 verschiedener Geometrien zum Einsatz. Die Ergebnisse bestätigen die Angabe von TI zur Sub-Mikrometer-Auflösung des Systems, ein relativ hoher Rauschanteil beschränkt allerdings die Genauigkeit. Die Resultate der Untersuchungen von Nullpunktstabilität und Hystereseverhalten lassen einen Einsatz im Bereich der Kraftmesstechnik unter gewissen Voraussetzungen zu, das nichtlineare Verhalten der induktiven Wegmessung hingegen macht eine nachträgliche Linearisierung der Messwerte unumgänglich. Diese Bachelorarbeit richtet sich an all diejenigen, die sich detallierter mit Alternativen zur Dehnungsmessung auseinandersetzen oder genauere Untersuchungen zum LDC1000 EVM von TI durchführen.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Usability-Untersuchung des Zwischenstands der neuen Unternehmenswebseite www.dekoanddesign.de vom 30.01.2017. Das Ziel ist die Ermittlung von Schwierigkeiten im Hinblick auf die Gebrauchstauglichkeit der Webseite und die daraus resultierende Ableitung konkreter Handlungsempfehlungen. Die Autorin analysiert den zur Verfügung gestellten Untersuchungsgegenstand im Hinblick auf die theoretisch erarbeiteten Richtlinien und Qualitätskriterien der Web-Usability. Um die Webseite zusätzlich aus dem Blickwinkel potenzieller Nutzer betrachten zu können, wurde ein Usability-Test durchgeführt. Die Erkenntnisse aus der Analyse wurden hierbei anhand der Beobachtung und der direkten qualitativen Befragung der Probanden bestätigt, sowie weitere Probleme erfasst. Dabei konnte ermittelt werden, dass die Webseite zum Untersuchungszeitpunkt keine fundamentalen Barrieren beinhaltet hat, die eine kontinuierliche Verwendung der Seite behindern. Dennoch hat sich ergeben, dass einige Schwachstellen bezüglich der Gebrauchstauglichkeit bestehen, die für eine einwandfreie Nutzung optimiert werden sollten. Die Hauptproblematik liegt dabei in der Navigationsstruktur, die stellenweise unvollständig und nicht einheitlich strukturiert ist. Um die vorliegende Webseite anschließend im Sinne der Benutzerfreundlichkeit perfektionieren zu können, wurden daraus konkrete Handlungsempfehlungen abgeleitet. Bestehende Strukturen und Inhalte sollten an einigen Stellen neu organisiert und fehlende Komponenten ergänzt werden. Die Webseite sollte sich auf die Kerninhalte und -elemente konzentrieren und unnötige Informationen sowie Effekte sollten entfernt werden. Die optische Gestaltung von Texten und mehr sollte an die Anforderungen im Web angepasst werden. Die erarbeiteten Handlungsempfehlungen dienen als Grundlage für die geplante Optimierung der Webseite innerhalb des Usability Engineerings.
Diese Bachelorthesis befasst sich mit der Entwicklung eines Auslegungstools für eine PV-basierte, autarke Energieversorgung eines Wasserreinigungssystems mit Hilfe eines Batteriespeichers.
Dafür wurde auf Grundlage theoretischer Einstrahlungsmodelle die Berechnung der Bestrahlungsstärke auf eine geneigte Moduloberfläche in Microsoft Excel 2010 implementiert. Die Berechnung wurde dabei so umgesetzt, dass Parameter wie z.B. Ausrichtung und Größe der PV-Module variiert werden können. Darauf aufbauend wurde die Berechnung der Leistung eines PV-Generators mit Hilfe des Wirkungsgrades der PV-Module umgesetzt.
Des Weiteren wurde für diese Arbeit ein Bilanzierungsmodell entwickelt, welches das Verhalten des Batteriespeichers im autarken System simuliert. Dieses Modell berechnet dabei sowohl die im Batteriespeicher gespeicherte Energie, als auch die über ein Bilanzierungsintervall gemittelte Leistung des Batteriespeichers. Das Batteriemodell wurde mit Hilfe von VBA-Code umgesetzt und in das Auslegungstool eingebunden.
Ein weiteres Thema dieser Bachelorthesis ist die Energieversorgung eines speziellen Wasserreinigungssystems, welches im Rahmen des Forschungsprojekts „PHOTOPUR“ entwickelt wird. Dieses mehrstufige System hat einen charakteristischen Energieverbrauch, der möglichst präzise simuliert werden soll. Um dies zu gewährleisten, wurde ein dynamisches Lastprofil erstellt. Das entwickelte Lastprofil ist spezifisch für das Wasserreinigungssystem, enthält aber gleichzeitig viele Freiheitsgrade um es bei der weiteren Entwicklung des Systems möglichst präzise anpassen zu können.
Das entwickelte Auslegungstool kann folglich die erzeugte PV-Leistung, einen Batteriespeicher und das Lastprofil des Wasserreinigungssystems simulieren. Die Darstellung der Simulationsergebnisse erfolgt mit dem Ziel, Aussagen zu der Qualität der Energieversorgung des Wasserreinigungssystems treffen zu können.
This paper describes a project absolved to increase the material flow through the LTCC production of the Bosch Anderson Plant in South Carolina, USA. To archive this goal the regarded value stream is introduced first. The bottleneck, which is limiting the material flow is found and eliminated in order to increase the output of the machine and consequently improve the material flow through the whole value stream. The completed projects made for this purpose result in a 13% increase. To control the material flow the inventory sizes are determined. The inventories, from which the size is desired to be determined, include climatization processes to dry the pastes that are applied in the previous process steps. Therefore, a separation of the parts in the production process climatization and the buffer is necessary first. After that the buffer can be eliminated and the inventory areas minimized. The results are smaller and controlled buffer sizes that make part of the floor space unnecessary. A welcomed side effect is the solution to a production problem of warped parts because of too long climatization times. Observations over time show that the results of the buffer limitations are just right to improve the material flow through the LTCC production.
Ein digitaler Sprachassistent soll die Mensch-Maschine-Kommunikation vereinfachen, indem zur Bedienung technischer Geräte und Anwendungen auf einem dem Menschen vertrautes Verständigungsmittel zurückgegriffen wird - die Sprache. Gerade älteren Menschen, welche durch die Technologie unterstützt werden könnten, muss eine einfache und intuitive Bedienung der Geräte und Anwendungen gegeben sein. Die Bedienung derzeitiger Technologien wie Smartphones erfordert technische Affinität und Erfahrungen, welche bei den heute älteren Menschen größtenteils nicht vorhanden sind und aus diesem Grund die Technologie abgelehnt wird. Infolge dessen ist auch die Kommunikationsmöglichkeit mit älteren Familienangehörigen eingeschränkter, als sie es bei der jungen Generation ist. Um dennoch den aktuellen Technologiestand dieser Generation näher zu bringen, erweisen sich digitale Sprachassistenten als optimal, denn bei einer sprachgesteuerten Anwendung wird der Nutzer durch den persönlichen Sprachassistenten bei der Bedienung begleitet und unterstützt. Dies ermöglicht, dass auch Menschen mit einer weniger ausgeprägten technischen Affinität, Sprachassistenten nutzen können.
The development of secure software systems is of ever-increasing importance. While software companies often invest large amounts of resources into the upkeeping and general security properties of large-scale applications when in production, they appear to neglect utilizing threat modeling in the earlier stages of the software development lifecycle. When applied during the design phase of development, and continuously during development iterations, threat modeling can help in following a “Security by Design” approach. This approach allows issues relating to IT security to be found early during development, reducing the need for later improvement – and thus saving resources in the long term. In this thesis the current state of threat modeling is investigated. Based on this analysis, requirements for a new tool are derived. These requirements are then used to develop a new tool, called OVVL, which utilizes all main components of current threat modeling methodologies, as well as functionality not available in existing solutions. After documenting the development process and OVVL in general, this newly developed tool is used to conduct two case studies in the field of e-commerce and IoT.
Die Funkschnittstelle nach dem Bluetooth Standard ist heutzutage nicht mehr aus dem
Consumer-Markt wegzudenken. Auch durch die zukünftige Weiterentwicklung des Prinzips von
IoT (Internet of Things) wird vor allem die Bluetooth Low Energy Technologie für Unternehmen
bei der Entwicklung von Geräten mehr an Bedeutung gewinnen. Um die Studierenden im Bereich
der Kommunikationstechnik auf das Thema Bluetooth vorzubereiten, wird der Versuch
„Kurzstreckenkommunikation nach dem Bluetooth Standard“ im Telekommunikations-Labor an
der Hochschule Offenburg angeboten. Der Versuch wurde im Rahmen dieser Bachelor-Thesis
an die heutigen Anforderungen angepasst.
Die nachfolgende Bachelor-Thesis beinhaltet die gesamte Laboranleitung des Versuchs, welche
in die drei Teile: Theoretische Grundlagen, vorbereitende Aufgaben und der
Versuchsdurchführung aufgeteilt wird. Der Versuchsanleitung folgt ein Teil mit weiteren
Anmerkungen für die akademischen Mitarbeiter, welche den Versuch betreuen. Hier wird
sichergestellt, dass auch in Zukunft der Versuch problemlos weiter durchgeführt werden kann. Im
Anhang befinden sich die Musterlösungen für die vorbereitentenden Aufgaben und der
Versuchsdurchführung.
Aufbau/Ansteuerung/Kalibrierung/Pilotierung eines Lautsprecher-Halbkreises für Lokalisationstests
(2019)
Seit September 2018 ist die Hochschule Offenburg im Besitz einer Hörkabine, in der ein Schallquellenlokalisationstest im Rahmen dieser Bachelorarbeit aufgebaut wurde. Eine Schallquellenlokalisation ist im Alltag für Normalhörende in den meisten Fällen keine Schwierigkeit. Wir Menschen sind in der Lage mit einer Genauigkeit von 1° bis 2° eine Schallquelle zu lokalisieren (Feigenspan 2017,S.624). Entfällt jedoch das Hörvermögen auf einer Seite, so verschlechtert sich die Lokalisationsfähigkeit erheb-lich. Um Schallquellen präzise lokalisieren zu können, werden optimaler Weise beide Ohren benötigt. Heutzutage gibt es viele Hörsysteme, um diverse Hörstörungen zu therapieren. Den-noch bleibt die Lokalisationsfähigkeit für Menschen mit einseitiger Taubheit, bezie hungsweise asymmetrischen Hörverlust eine Herausforderung. Ein Schallquellenlo kalisationstest findet Anwendung in der Klinik, um eine bestmögliche Versor gung/Therapie durch Hörsysteme zu gewährleisten. Ziel dieser Bachelorarbeit war der Aufbau eines Lokalisationstestes nach Leitlinien einer wissenschaftlichen Publikation, sowie die Durchführung an fünf freiwilligen Normalhörenden. Die Realisierung umfasste den Aufbau der Lautsprecher, die An-steuerung mithilfe einer externen Soundkarte und MATLAB, eine Kalibrierung der Lautsprecher und die Durchführung der Tests.
Hochgenaue Systeme zur Positionsbestimmung spielen im heutigen Zeitalter für den privaten, kommerziellen aber auch militärischen Bereich eine immer wichtigere Rolle. Anwendungsgebiete wie Wandern, Geocaching, Mauterhebungssysteme, autonome Luft-, Land- und Seefahrt, sowie etliche militärische Verwendungen sind nur ein kleiner Überblick dieser Anwendungsmöglichkeiten.
Die durch die Anwendungsgebiete auftretende Notwendigkeit der Satellitennavigation, stellt meine Motivation dar, den Laborversuch Messtechnische Analyse eines Systems zur Satellitennavigation zu erneuern. Dieser Laborversuch soll den Studierenden des Studiengangs Elektrotechnik/Informationstechnik mit dem Schwerpunkt Kommunikationstechnik die Satellitennavigation anhand moderner Laboreinrichtung näherbringen.
Die nachfolgende Arbeit beschäftigt sich zu Beginn mit den allgemeinen theoretischen Grundlagen der Satellitennavigation, gefolgt von systemspezifischen Beschreibungen. Die weiteren Kapitel beinhalten die Versuchsbeschreibung, eine Musterlösung und Informationen für den betreuenden akademischen Mitarbeiter.
Des Weiteren wurden Messreihen aufgezeichnet, welche die einzelnen
Satellitennavigationssysteme qualitativ gegenüberstellen. Auf die Messreihen wird in dieser Thesis nicht eingegangen. Hierfür darf an dieser Stelle auf einen Beitrag in der Hochschulzeitschrift Forschung im Fokus verwiesen werden.
Zum aktuellen Zeitpunkt sind alle Sensoren einer Herz-Lungen-Maschine des Unternehmens Getinge kabelgebunden. Dadurch besteht das Risiko, dass sich während einer OP Keime auf den Kabeln sammeln, die Kabel steigern den Zeitaufwand beim Reinigen und Konnektieren und lassen das Gesamtsystem unübersichtlich wirken.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Konzept zu entwickeln, wie die Datenübertragung von einem Sensor zu einer Herz-Lungen-Maschine drahtlos erfolgen kann. Dazu wurden elf gewichtete Anforderungen an einen Funkstandard für eine drahtlose Datenübertragung definiert. Bezüglich dieser Anforderungen wurden 15 Funkstandards anhand einer Literaturrecherche analysiert. Es stellte sich heraus, dass sich ZigBee, IEEE 802.15.6, Z-Wave und EnOcean für diese Anwendung eignen, wobei ZigBee im Vergleich zu den anderen Funkstandards als am besten geeignet bewertet wurde.
Um die Eigenschaften von ZigBee bezüglich der definierten Anforderungen zu verifizieren, wurde ein ZigBee-Prototyp implementiert und getestet. Für die Bereitstellung der Mess-Funktionalität für die Tests wurde ein Programm in C++ geschrieben. Mit Hilfe dieser Tests konnte die Erfüllung der Anforderungen von ZigBee bestätigt werden.
Auf dieser Grundlage ist es möglich, die drahtlose Datenübertragung zwischen Sensor und Herz-Lungen-Maschine auf Basis des ZigBee-Funkstandards zu entwickeln. Ausblickend ist es für die Entwicklung von drahtlosen Sensoren einer Herz-Lungen-Maschine ratsam, die Akzeptanz der Anwender zu erfragen und die regulatorischen Anforderungen für Funk bei Medizinprodukten zu erläutern.
Die Arbeit verfolgt das Ziel zu eruieren, welche Visual-Social-Mediakommunikationsstrategie, insbesondere unter Beobachtung der Visual-Social-Plattformen, aktuell am erfolgversprechendsten für die Hochzeitsmedienbranche ist.
Die neu gewonnenen Erkenntnisse der Ausarbeitung und die anschließenden Handlungsempfehlungen sollen als Leitfaden für eine sinnvolle und Erfolg versprechende Visual Social Marketingkommunikationsstrategie für Hochzeitsblogs/ -Blogazine genutzt werden können.
Der Leitfaden soll auf die Entwicklungen in der Zielgruppe eine passende Reaktion bieten und die Online-Marketingkommunikationsstrategie insbesondere der von Hochzeitsblogs und – Blogazine zukunftsfähig bereichern.
A simple measuring method for acquiring the radiation pattern of an ultrawide band Vivaldi antenna is presented. The measuring is performed by combining two identical Vivaldi antennas and some of the intrinsic properties of a stepped-frequency continue wave radar (SFCW radar) in the
range from 1.0 GHz to 6.0 GHz. A stepper-motor provided the azimuthal rotation for one of the antennas from 0 ◦ to 360 ◦. The tests have been performed within the conventional environment (laboratory / office) without using an anechoic chamber or absorbing materials. Special measuring devices have not been used either. This method has been tested with different pairs of Vivaldi antennas and it can be also used for different ones (with little or no change in the system), as long as their operational
bandwidth is within the frequency range of the SFCW radar.
Keywords — SFCW Radar, Antenna Gain Characterization,
Azimuthal Radiation Pattern
In dieser Bachelor Thesis geht es um das Internet Protokoll Version 6, insbesondere um die Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC). Hierfür wurde ein Netzwerk aufgebaut und entsprechend konfiguriert. Zur Veranschaulichung wurde daraufhin ein Laborversuch über eine Webschnittstelle realisiert, der den Ablauf von SLAAC und die Adressauflösung durchläuft. Schritt für Schritt kann so die Adressvergabe und die einzelnen Vorgänge verfolgt und die jeweiligen Aufgaben bearbeitet werden.
Vorrichtung (2) zur Analyse von Urin, umfassend: – eine Zuführ- und Abführeinrichtung (7), welche zur Zuführung einer bestimmten Urinmenge in eine wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisende Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) und zur Abführung einer bestimmten Urinmenge aus einer wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisenden Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) eingerichtet ist, wobei die Zuführ- und Abführeinrichtung (7) wenigstens ein bewegbar gelagertes Zuführ- und/oder Abführelement (28, 29) zum Zuführen einer bestimmten Urinmenge in einen Zuführbereich (33) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) und/oder zum Abführen einer bestimmten Urinmenge aus einem Abführbereich (34) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) aufweist, und – eine Erfassungseinrichtung (11), welche zur Erfassung einer zumindest abschnittsweisen Änderung wenigstens eines optisch erfassbaren Parameters, welcher sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung einer diesen kontaktierenden Urinmenge optisch erfassbar verändert, des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) des oder eines entsprechenden Urinteststreifens (10) sowie zur Erzeugung einer Erfassungsinformation, welche wenigstens einen optisch erfassten Parameter des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) oder eine Änderung eines solchen beschreibt, eingerichtet ist.
Vorrichtung (2) zur Analyse von Urin, umfassend: – eine Zuführ- und Abführeinrichtung (7), welche zur Zuführung einer bestimmten Urinmenge in eine wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisende Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) und zur Abführung einer bestimmten Urinmenge aus einer wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisenden Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) eingerichtet ist, wobei die Zuführ- und Abführeinrichtung (7) wenigstens ein bewegbar gelagertes Zuführ- und/oder Abführelement (28, 29) zum Zuführen einer bestimmten Urinmenge in einen Zuführbereich (33) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) und/oder zum Abführen einer bestimmten Urinmenge aus einem Abführbereich (34) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) aufweist, und – eine Erfassungseinrichtung (11), welche zur Erfassung einer zumindest abschnittsweisen Änderung wenigstens eines optisch erfassbaren Parameters, welcher sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung einer diesen kontaktierenden Urinmenge optisch erfassbar verändert, des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) des oder eines entsprechenden Urinteststreifens (10) sowie zur Erzeugung einer Erfassungsinformation, welche wenigstens einen optisch erfassten Parameter des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) oder eine Änderung eines solchen beschreibt, eingerichtet ist.
Existing ultrasonic stress evaluation methods utilize the acoustoelastic effect for bulk waves propagating in volume, which is unsuitable for a surface treated material, possessing a significant variation in material properties with depth. With knowledge of nonlinear elastic parameters – third-order elastic constants (TOEC) close to the surface of the sample, the acoustoelastic effect might be used with surface acoustic waves. This work is focused on the development of an independent method of TOEC measurement using the effect of nonlinear surface acoustic waves scattering – i.e. the effect of elastic waves interaction in a nonlinear medium.
In this paper, the possible three wave interactions of surface guided waves and bulk waves are described and formulae for the efficiency of harmonic generation and mode mixing are derived. A comparison of the efficiency of surface waves scattering in an isotropic medium for different interaction types is carried out with the help of nonlinear perturbation theory. First results for surface and bulk wave mixing with known second- and third-order elastic constants are shown.
In this paper, we establish a simple model for the exchange of messages in a vehicular network and we consider fundamental limits on the achievable data rate. For a vehicular network, the exchange of data with other nearby vehicles is particularly important for traffic safety, e.g. for collision avoidance, but also for cooperative applications like platooning. These use cases are currently addressed by standards building on IEEE 802.11p, namely ITS-G5 and DSRC (dedicated short range communication), which encounter saturation problems at high vehicle densities. For this reason, we take a step back and ask for the fundamental limits for the common data rate in a vehicular network. After defining a simple single-lane model and the corresponding capacity limits for some basic multiple- access schemes, we present results for a more realistic setting. For both scenarios, non-orthogonal multiple-access (NOMA) yields the best results.
This paper evaluates the implementation of Medium Access Control (MAC) protocols suitable for massive access connectivity in 5G multi-service networks. The access protocol extends multi-packet detection receivers based on Physical Layer Network Coding (PLNC) decoding and Coded Random Access protocols considering practical aspects to implement one-stage MAC protocols for short packet communications in mMTC services. Extensions to enhance data delivery phase in two- stage protocols are also proposed. The assessment of the access protocols is extended under system level simulations where a suitable link to system interface characterization has been taken into account.
Micro-cracks give rise to non-analytic behavior of the stress-strain relation. For the case of a homogeneous spatial distribution of aligned flat micro-cracks, the influence of this property of the stress-strain relation on harmonic generation is analyzed for Rayleigh waves and for acoustic wedge waves with the help of a simple micromechanical model adopted from the literature. For the efficiencies of harmonic generation of these guided waves, explicit expressions are derived in terms of the corresponding linear wave fields. The initial growth rates of the second harmonic, i.e., the acoustic nonlinearity parameter, has been evaluated numerically for steel as matrix material. The growth rate of the second harmonic of Rayleigh waves has also been determined for microcrack distributions with random orientation, using a model expression for the strain energy in terms of strain invariants known in a geophysical context.
Nonlinearity can give rise to intermodulation distortions in surface acoustic wave (SAW) devices operating at high input power levels. To understand such undesired effects, a finite element method (FEM) simulation model in combination with a perturbation theory is applied to find out the role of different materials and higher order nonlinear tensor data for the nonlinearities in such acoustic devices. At high power, the SAW devices containing metal, piezoelectric substrate, and temperature compensating (TC) layers are subject to complicated geometrical, material, and other nonlinearities. In this paper, third-order nonlinearities in TC-SAW devices are investigated. The materials used are LiNbO 3 -rot128YX as the substrate and copper electrodes covered with a SiO 2 film as the TC layer. An effective nonlinearity constant for a given system is determined by comparison of nonlinear P-matrix simulations to third-order intermodulation measurements of test filters in a first step. By employing these constants from different systems, i.e., different metallization ratios, in nonlinear periodic P-matrix simulations, a direct comparison to nonlinear periodic FEM-simulations yields scaling factors for the materials used. Thus, the contribution of the different materials to the nonlinear behavior of TC-SAW devices is obtained and the role of metal electrodes, substrate, and TC film are discussed in detail.
For an elastic medium containing a homogeneous distribution of micro-cracks, an effective one-dimensional stress-strain relation has been determined with finite element simulations. In addition to flat micro-cracks, voids were considered that contain a Hertzian contact, which represents an example for micro-cracks with internal structure. The orientation of both types of micro-cracks was fully aligned or, for flat micro-cracks, totally random. For micro-cracks with Hertzian contacts, the case of random orientation was treated in an approximate way. The two types of defects were found to give rise to different degrees of non-analytic behavior of the effective stress-strain relation, which governs the nonlinear propagation of symmetric (S0) Lamb waves in the long-wavelength limit. The presence of flat micro-cracks causes even harmonics to grow linearly with propagation distance with amplitudes proportional to the amplitude of the fundamental wave, and gives rise to a static strain. The presence of the second type of defects leads to a linear growth of all harmonics with amplitudes proportional to the power 3/2 of the fundamental amplitude, and to a strain-dependent velocity shift. Simple expressions are given for the growth rates of higher harmonics of S0 Lamb waves in terms of the parameters occurring in the effective stress-strain relation. They have partly been determined quantitatively with the help of the FEM results for different micro-crack concentrations.
Among the various types of guided acoustic waves, acoustic wedge waves are non-diffractive and non-dispersive. Both properties make them susceptible to nonlinear effects. Investigations have recently been focused on effects of second-order nonlinearity in connection with anisotropy. The current status of these investigations is reviewed in the context of earlier work on nonlinear properties of two-dimensional guided acoustic waves, in particular surface waves. The role of weak dispersion, leading to solitary waves, is also discussed. For anti-symmetric flexural wedge waves propagating in isotropic media or in anisotropic media with reflection symmetry with respect to the wedge’s mid-plane, an evolution equation is derived that accounts for an effective third-order nonlinearity of acoustic wedge waves. For the kernel functions occurring in the nonlinear terms of this equation, expressions in terms of overlap integrals with Laguerre functions are provided, which allow for their quantitative numerical evaluation. First numerical results for the efficiency of third-harmonic generation of flexural wedge waves are presented.
This paper is discussing the development of a wireless Indoor Smart Gardening System with the focus on energy autonomous working. The Smart Gardening System, which is presented in this paper consists of a network of energy autonomous wireless sensor nodes which are used for monitoring important plant parameters like air temperature, soil moisture, pressure or humidity and in future to control an actuator for the plant irrigation and to measure further parameter as light and fertilizer level. Solar energy harvesting is used for powering the wireless nodes without the usage of a battery. Comparable Smart Gardening Systems are usually battery-powered. Furthermore, the overall Smart Gardening System consists of a battery powered gateway based on a Raspberry Pi 3 system, which controls the wireless nodes and collects their sensor data. The gateway is able to send the information to an internet server application and via Wi-Fi to mobile devices. Particularly the architecture of the energy autonomous wireless nodes will be considered because fully energy autonomous wireless networks could not be implemented without special concepts for the energy supply and architecture of the wireless nodes.
Gesellschaftliche, wirtschaftliche und technologische Umbrüche stellen das klassische Governance-Verständnis heute auf den Prüfstand. Sowohl organisationsintern als auch in den Beziehungen zu den Stakeholdern und der Umwelt zeigt sich immer mehr, dass Unternehmenssteuerung nur noch begrenzt möglich ist.
Wie der Spagat gelingt, im Unternehmen für ein stabilisierendes Mindestmaß an Orientierung zu sorgen, aber auch unter hoher Marktdynamik flexibel zu bleiben, beleuchtet Sybille Schwarz aus verschiedenen Blickwinkeln. Diese verknüpft sie zu einer multiperspektivischen Governance-Betrachtung.
• Die managementorientierte Perspektive: zu normativen, strategischen und unternehmenskulturellen Gestaltungsmöglichkeiten
• Die ökonomische Perspektive: zu Verhaltensmustern unter komplexen Markt- und Wettbewerbsbedingungen
• Die gesellschaftliche Perspektive: zu Veränderungen durch die Digitalisierung oder Fragen der Nachhaltigkeit
Eine Einladung zum Perspektivwechsel für Aufsichtsräte und Entscheidungsträger, um Chancen und Risiken eingesetzter Governance-Strukturen organisationsgerecht zu beurteilen.
Der Entwurf und die Realisierung gedruckter Schaltungen oder Elektronikkomponenten stellt ein intensives Thema der Forschung dar. Forschungsgruppen beschäftigen sich zunehmend mit der Entwicklung von gedruckten Energy Harvestern, weil diese kostengünstig und einfach herstellbar sind. Das Energy Harvesting (EH) oder auch das ”Mikro Energy Harvesting“ (MEH) bezeichnet die Gewinnung von elektrischer Energie aus der Umgebung, um elektronische Verbraucher zu versorgen, kontinuierliche Leistungen zu erzeugen, das System energieeffizienter zu machen, sowie die Energiespeicherung im Mikrowattbereich zu gewährleisten. Energy Harvesting-Systeme stellen eine Alternative gegenüber der Energieversorgung autarker Low-Power-Elektronik mit Batterien dar. Das Energiemanagement solcher EH-Systeme ist jedoch eine Herausforderung aufgrund der Energieverfügbarkeit und der im Zeitablauf nicht konstanten Verlustleistung. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die derzeit existierenden ultra low-power Energiemanagement Schaltungen für Energy Harvester. Dabei wird insbesondere der Fokus auf gedruckte Energy Harvester gelegt. Es soll aufgezeigt werden, welche Aspekte der vorgestellten Energieversorgungsschaltungen bei der Entwicklung eines Energieversorgungschips für gedruckte Energy Harvester berüucksichtigt werden sollen.
Implementierung von Softcore-Prozessoren und/oder weiteren IPs (Intellectual Property) in FPGAs
(2018)
Die zunehmende Integration von kompletten Systemen auf einem Chip (System-on-Chip, SoC) erfordert auch immer die Integration einer Recheneinheit bzw. eines Prozessorkerns. Möchte man insbesondere Low-Power-SoC-Systeme entwickeln, z.B. drahtlose Sensor-SoC-Systeme für Anwendungen im Rahmen von Industrie 4.0, ist die Implementierung eines solchen Prozessorkerns mit hohen Herausforderungen verbunden. Prinzipiell können hierfür verschiedene Ansätze verfolgt werden, nämlich die Implementierung einer Hardcore Prozessor-IP (IP = Intellectual Property) oder einer Softcore-Prozessor-IP. Im vorliegenden Beitrag wird zunächst auf den derzeitigen Stand der Technik verfügbarer Hardcore- oder Softcore-Prozessoren unter den Randbedingungen der Low-Power-Anforderungen und der weiten Verbreitung des Cores in industriellen Anwendungen eingegangen. Schließlich werden die Ergebnisse der Implementierung und Evaluierung eines derzeit frei verfügbaren 16-bit MSP430-kompatiblen Softcore Prozessors auf einem Altera-Cyclon-FPGA vorgestellt. Aus den Ergebnissen wird ein entsprechendes Fazit für die Implementierung von Low-Power-SoC-Systeme gegeben.
The economic dispatch (ED) problem is a large-scale optimization problem in electricity power grids. Its goal is to find a power output combination of all generator nodes that meet the demand of the customers at minimum operating cost. In recent years, distributed protocols have been proposed to replace the traditional centralized ED calculation for modern smart grid infrastructures with the most realistic being the one proposed by Binetti et al. (2014). However, we show that this protocol leaks private information of the generator nodes. We then propose a privacy-preserving distributed protocol that solves the ED problem. We analyze the security of our protocol and give experimental results from a prototype implementation to show the feasibility of the solution.
Optische Navigationssysteme weisen bisher eine eindeutige Trennung zwischen nachverfolgendem Gerät (Tool Tracker) und nachverfolgten Geräten (Tracked Tools) auf. In dieser Arbeit wird ein neues Konzept vorgestellt, dass diese Trennung aufhebt: Jedes Tracked Tool ist gleichzeitig auch Tool Tracker und besteht aus Marker-LEDs sowie mindestens einer Kamera, mit deren Hilfe andere Tracker in Lage und Orientierung nachverfolgt werden können. Bei Verwendung von nur einer Kamera geschieht dies mittels Pose Estimation, ab zwei Kameras werden die Marker-LEDs trianguliert. Diese Arbeit beinhaltet die Vorstellung des neuen Peer-To-Peer-Tracking-Konzepts, einen sehr schnellen Pose-Estimation-Algorithmus für beliebig viele Marker sowie die Klärung der Frage, ob die mit Pose Estimation erreichbare Genauigkeit vergleichbar mit der eines Stereo-Kamera-Systems ist und den Anforderungen an die chirurgische Navigation gerecht wird.
Nowadays, robotic systems are an integral part of many orthopedic interventions. Stationary robots improve the accuracy but also require adapted surgical workflows. Handheld robotic devices (HHRDs), however, are easily integrated into existing workflows and represent a more economical solution. Their limited range of motion is compensated by the dexterity of the surgeon. This work presents control algorithms for HHRDs with multiple degrees of freedom (DOF). These algorithms protect pre- or intraoperatively defined regions from being penetrated by the end effector (e.g., a burr) by controlling the joints as well as the device’s power. Accuracy tests on a stationary prototype with three DOF show that the presented control algorithms produce results similar to those of stationary robots and much better results than conventional techniques. This work presents novel and innovative algorithms, which work robustly, accurately, and open up new opportunities for orthopedic interventions.
The CAN bus still is an important fieldbus in various domains, e.g. for in-car communication or automation applications. To counter security threats and concerns in such scenarios we design, implement, and evaluate the use of an end-to-end security concept based on the Transport Layer Security protocol. It is used to establish authenticated, integrity-checked, and confidential communication channels between field devices connected via CAN. Our performance measurements show that it is possible to use TLS at least for non time-critical applications, as well as for generic embedded networks.
In recent times, the energy consumed by buildings facilities became considerable. Efficient local energy management is vital to deal with building power demand penalties. This operation becomes complex when a hybrid energy system is included in the power system. This study proposes new energy management between photovoltaic (PV) system, Battery Energy Storage System (BESS) and the power network in a building by controlling the PV/BESS inverter. The strategy is based on explicit model predictive control (MPC) to find an optimal power flow in the building for one-day ahead. The control algorithm is based on a simple power flow equation and weather forecast. Then, a cost function is formulated and optimised using genetic algorithms-based solver. The objective is reducing the imported energy from the grid preventing the saturation and emptiness of BESS. Including other targets to the control policy as energy price dynamic and BESS degradation, MPC can optimise dramatically the efficacy of the global building power system. The strategy is implemented and tested successfully using MATLAB/SimPowerSystems software, compared to classical hysteresis management, MPC has given 10% in energy cost economy and 25% improvement in BESS lifetime.
Die Sortimentskompetenz hat sich in vielen Studien als zentraler Erfolgsfaktor des Einzelhandels allgemein sowie des Mode-Einzelhandels im Besonderen herausgestellt. Der vorliegende Beitrag untersucht auf der Basis einer repräsentativen Online-Befragung bei 1000 Probanden, welche Einzeldimensionen die Sortimentskompetenz ausmachen und wie relevant sie für die Verbraucher sind. Darüber hinaus wird untersucht, welchen Einfluss generalistische Sortimentsstrategien auf die Beurteilung der Sortiments-kompetenz aufweisen.
Bei vielen Schulungen, Unterrichten und Weiterbildungen kommen PowerPoint-Präsentationen zum Einsatz, welche durch epische Länge, Unmengen von Informationen und Text charakterisiert sind. Zur Folge haben kann dies, dass die meisten Zuhörer binnen kürzester Zeit gedanklich abschalten, den Wortregen über sich ergehen lassen und dabei andere Dinge in den Fokus ihrer Aufmerksamkeit stellen. Die Autoren zeigen, wie und warum der »Zuhörer« zu einem »Zuschauer« werden sollte – sprich: die zu vermittelnden Aspekte und Informationen als einfache Bilder komprimiert darzustellen. Der folgende Beitrag setzt sich mit dieser Art von Perspektivenwechsel kontrovers auseinander und gibt für den Praxisalltag mögliche Lösungsansätze.
Implementation of interdisciplinary student teams in design education for additive manufacturing
(2018)
Additive manufacturing (AM) technologies are becoming increasingly popular in all areas of product development. Therefore, it is imperative that students be taught Design for AM. However, due to the rapid development of new methods and materials for AM, it does not make sense to only teach particular design guidelines, as these can quickly become obsolete. Rather, students should acquire the competence to develop guidelines themselves, that take into account the current state of the art. Thus, they will be able to react to changing processes and new materials
in the future. In order to convey the independent development of design guidelines for additive manufacturing by students, a new concept was developed, which is presented in this contribution. In this process, the learning goal is worked out by a group of students on the basis of a practical
task. The group consists of an interdisciplinary team in order to combine different competencies and to provide different perspectives on the task. A case study will show the design and manufacture of a miniature aircraft using Fused Layer Modelling. The aim of the development is above all the design for additive manufacturing. In addition, a low use of resources in combination with lightweight construction should be achieved. In the implementation of the task, the students are confronted with challenging aerodynamic design of wings as well as with the economic evaluation of the development process. An examination of the level of knowledge before and after the case study examines the learning success.
Uncontrollable manufacturing variations in electrical hardware circuits can be exploited as Physical Unclonable Functions (PUFs). Herein, we present a Printed Electronics (PE)-based PUF system architecture. Our proposed Differential Circuit PUF (DiffC-PUF) is a hybrid system, combining silicon-based and PE-based electronic circuits. The novel approach of the DiffC-PUF architecture is to provide a specially designed real hardware system architecture, that enables the automatic readout of interchangeable printed DiffC-PUF core circuits. The silicon-based addressing and evaluation circuit supplies and controls the printed PUF core and ensures seamless integration into silicon-based smart systems. Major objectives of our work are interconnected applications for the Internet of Things (IoT).
Vehicle-to-Everything (V2X) communication promises improvements in road safety and efficiency by enabling low-latency and reliable communication services for vehicles. Besides using Mobile Broadband (MBB), there is a need to develop Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) applications with cellular networks especially when safety-related driving applications are concerned. Future cellular networks are expected to support novel latencysensitive use cases. Many applications of V2X communication, like collaborative autonomous driving requires very low latency and high reliability in order to support real-time communication between vehicles and other network elements. In this paper, we classify V2X use-cases and their requirements in order to identify cellular network technologies able to support them. The bottleneck problem of the medium access in 4G Long Term Evolution(LTE) networks is random access procedure. It is evaluated through simulations to further detail the future limitations and requirements. Limitations and improvement possibilities for next generation of cellular networks are finally detailed. Moreover, the results presented in this paper provide the limits of different parameter sets with regard to the requirements of V2X-based applications. In doing this, a starting point to migrate to Narrowband IoT (NB-IoT) or 5G - solutions is given.
The next generation cellular networks are expected to improve reliability, energy efficiency, data rate, capacity and latency. Originally, Machine Type Communication (MTC) was designed for low-bandwidth high-latency applications such as, environmental sensing, smart dustbin, etc., but there is additional demand around applications with low latency requirements, like industrial automation, driver-less cars, and so on. Improvements are required in 4G Long Term Evolution (LTE) networks towards the development of next generation cellular networks for providing very low latency and high reliability. To this end, we present an in-depth analysis of parameters that contribute to the latency in 4G networks along with a description of latency reduction techniques. We implement and validate these latency reduction techniques in the open-source network simulator (NS3) for narrowband user equipment category Cat-Ml (LTE-M) to analyze the improvements. The results presented are a step towards enabling narrowband Ultra Reliable Low Latency Communication (URLLC) networks.
The excessive control signaling in Long Term Evolution networks required for dynamic scheduling impedes the deployment of ultra-reliable low latency applications. Semi-persistent scheduling was originally designed for constant bit-rate voice applications, however, very low control overhead makes it a potential latency reduction technique in Long Term Evolution. In this paper, we investigate resource scheduling in narrowband fourth generation Long Term Evolution networks through Network Simulator (NS3) simulations. The current release of NS3 does not include a semi-persistent scheduler for Long Term Evolution module. Therefore, we developed the semi-persistent scheduling feature in NS3 to evaluate and compare the performance in terms of uplink latency. We evaluate dynamic scheduling and semi-persistent scheduling in order to analyze the impact of resource scheduling methods on up-link latency.
The Datagram Transport Layer Security (DTLS) protocol has been designed to provide end-to-end security over unreliable communication links. Where its connection establishment is concerned, DTLS copes with potential loss of protocol messages by implementing its own loss detection and retransmission scheme. However, the default scheme turns out to be suboptimal for links with high transmission error rates and low data rates, such as wireless links in electromagnetically harsh industrial environments. Therefore, in this paper, as a first step we provide an analysis of the standard DTLS handshake's performance under such adverse transmission conditions. Our studies are based on simulations that model message loss as the result of bit transmission errors. We consider several handshake variants, including endpoint authentication via pre-shared keys or certificates. As a second step, we propose and evaluate modifications to the way message loss is dealt with during the handshake, making DTLS deployable in situations which are prohibitive for default DTLS.
The Transport Layer Security (TLS) protocol is a cornerstone of secure network communication, not only for online banking, e-commerce, and social media, but also for industrial communication and cyber-physical systems. Unfortunately, implementing TLS correctly is very challenging, as becomes evident by considering the high frequency of bugfixes filed for many TLS implementations. Given the high significance of TLS, advancing the quality of implementations is a sustained pursuit. We strive to support these efforts by presenting a novel, response-distribution guided fuzzing algorithm for differential testing of black-box TLS implementations. Our algorithm generates highly diverse and mostly-valid TLS stimulation messages, which evoke more behavioral discrepancies in TLS server implementations than other algorithms. We evaluate our algorithm using 37 different TLS implementations and discuss―by means of a case study―how the resulting data allows to assess and improve not only implementations of TLS but also to identify underspecified corner cases. We introduce suspiciousness as a per-implementation metric of anomalous implementation behavior and find that more recent or bug-fixed implementations tend to have a lower suspiciousness score. Our contribution is complementary to existing tools and approaches in the area, and can help reveal implementation flaws and avoid regression. While being presented for TLS, we expect our algorithm's guidance scheme to be applicable and useful also in other contexts. Source code and data is made available for fellow researchers in order to stimulate discussions and invite others to benefit from and advance our work.
Cell lifetime diagnostics and system be-havior of stationary LFP/graphite lithium-ion batteries
(2018)
The paper describes the methodology and experimental results for revealing similarities in thermal dependencies of biases of accelerometers and gyroscopes from 250 inertial MEMS chips (MPU-9250). Temperature profiles were measured on an experimental setup with a Peltier element for temperature control. Classification of temperature curves was carried out with machine learning approach.
A perfect sensor should not have thermal dependency at all. Thus, only sensors inside the clusters with smaller dependency (smaller total temperature slopes) might be pre-selected for production of high accuracy inertial navigation modules. It was found that no unified thermal profile (“family” curve) exists for all sensors in a production batch. However, obviously, sensors might be grouped according to their parameters. Therefore, the temperature compensation profiles might be regressed for each group. 12 slope coefficients on 5 degrees temperature intervals from 0°C to +60°C were used as the features for the k-means++ clustering algorithm.
The minimum number of clusters for all sensors to be well separated from each other by bias thermal profiles in our case is 6. It was found by applying the elbow method. For each cluster a regression curve can be obtained.
Recently, the demand for scalable, efficient and accurate Indoor Positioning Systems (IPS) has seen a rising trend due to their utility in providing Location Based Services (LBS). Visible Light Communication (VLC) based IPS designs, VLC-IPS, leverage Light Emitting Diodes (LEDs) in indoor environments for localization. Among VLC-based designs, Time Difference of Arrival (TDOA) based techniques are shown to provide very low errors in the relative position of receivers. Our considered system consists of five LEDs that act as transmitters and a single receiver (photodiode or image sensor in smart phone) whose position coordinates in an indoor environment are to be determined. As a performance criterion, Cramer Rao Lower Bound (CRLB) is derived for range estimations and the impact of various factors, such as, LED transmission frequency, position of reference LED light, and the number of LED lights, on localization accuracy has been studied. Simulation results show that depending on the optimal values of these factors, location estimation on the order of few centimeters can be realistically achieved.
Modelling detailed chemistry in lithium-ion batteries: Insight into performance, ageing and safety
(2018)
Real-Time Ethernet has become the major communication technology for modern automation and industrial control systems. On the one hand, this trend increases the need for an automation-friendly security solution, as such networks can no longer be considered sufficiently isolated. On the other hand, it shows that, despite diverging requirements, the domain of Operational Technology (OT) can derive advantage from high-volume technology of the Information Technology (IT) domain. Based on these two sides of the same coin, we study the challenges and prospects of approaches to communication security in real-time Ethernet automation systems. In order to capitalize the expertise aggregated in decades of research and development, we put a special focus on the reuse of well-established security technology from the IT domain. We argue that enhancing such technology to become automation-friendly is likely to result in more robust and secure designs than greenfield designs. Because of its widespread deployment and the (to this date) nonexistence of a consistent security architecture, we use PROFINET as a showcase of our considerations. Security requirements for this technology are defined and different well-known solutions are examined according their suitability for PROFINET. Based on these findings, we elaborate the necessary adaptions for the deployment on PROFINET.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pulverlackieren eines Kunststoff- oder Glasgegenstandes, umfassend die Schritte des Ausbildens einer polaren Beschichtung auf dem Kunststoff- oder Glasgegenstand, umfassend den Teilschritt des Aufbringens einer Beschichtungszusammensetzung auf den Kunststoff- oder Glasgegenstand, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Organosiloxan, das mindestens zwei Si-O-Bindungen aufweist, Wasser, ein organisches Lösemittel und ein pH-regulierendes Mittel, ausgewählt aus einer Brönsted-Säure, in einer katalytischen Menge enthält, mit der Maßgabe, dass die Beschichtungszusammensetzung keinen elektrisch leitfähigen Zusatz, ausgewählt aus ionischen Verbindungen, Metallen, Metall(misch)oxiden, intermetallischen Verbindungen und leitfähigem Kohlenstoff, enthält, sowie die Schritte des Aufbringens eines Pulverlacks auf den derartig beschichteten Kunststoff- oder Glasgegenstand und des Erwärmens des Pulverlacks.
Poröse Massen oder Formkörper aus anorganischen polymeren und deren Herstellung (WO002014127762A1)
(2014)
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Masse oder eines porösen Formkörpers aus anorganischem Polymer beschrieben, bei dem Wasserglas mit einem Carbonat in bestimmten Mengen gehärtet wird und dabei verschiedene weitere Stoffe zugesetzt werden können. Außerdem werden poröse Massen und Formkörper, die mit diesem Verfahren erhältlich sind, beschrieben und deren Verwendung.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spektrum-Monitoring eines vorgegebenen Frequenzbandes, bei dem die spektrale Leistungsdichte (S(f)) innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes für alle in dem Frequenzband enthaltenen Rausch- und Signalanteile bestimmt wird und für das Detektieren des Vorhandenseins eines oder mehrerer Signale innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes das Überschreiten eines Schwellenwertes (λ) durch die spektrale Leistungsdichte (S(f)) ausgewertet wird. Erfindungsgemäß wird der Schwellenwert (λ) abhängig von einer Schätzung einer Verteilungsdichte (hR(S)) für den Rauschanteil der spektralen Leistungsdichte (S(f)) innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes und einem vorgegebenen Wert für die Falschalarmwahrscheinlichkeit (Pfa) berechnet.
Colored glass products with various printing technologies are becoming more important in industry. The aim is to achieve individual solution in a very short delivery time. Conventional thermal treatment of burning glasses in oven for tempered color printing has predominant issues with high time consumption, energy consumption and manufacturing cost. It requires alternative process development.
This paper proposes laser process to overcome issues in conventional treatment with the latest results of tempering colored glass. Samples have been analyzed with the scanning electron microscope (SEM). Two different laser systems have been applied and the glass has been printed with black paste.
In recent years, the application of TRIZ methodology in the process engineering has been found promising to develop comprehensive inventive solution concepts for process intensification (PI). However, the effectiveness of TRIZ for PI is not measured or estimated. The paper describes an approach to evaluate the efficiency of TRIZ application in process intensification by comparing six case studies in the field of chemical, pharmaceutical, ceramic, and mineral industries. In each case study, TRIZ workshops with the teams of researchers and engineers has been performed to analyze initial complex problem situation, to identify problems, to generate new ideas, and to create solution concepts. The analysis of the workshop outcomes estimates fulfilment of the PI-goals, impact of secondary problems, variety and efficiency of ideas and solution concepts. In addition to the observed positive effect of TRIZ application, the most effective inventive principles for process engineering have been identified.
Identification of Secondary Problems of New Technologies in Process Engineering by Patent Analysis
(2018)
The implementation of new technologies in production plants often causes negative side effects and drawbacks. In this context, the prediction of the secondary problems and risks can be used advantageously for selecting best solutions for intensification of the processes. The proposed method puts primary emphasis on systematic and fast anticipation of secondary problems using patent documents, and on extraction and prediction of possible engineering contradictions within novel technical systems. The approach comprises three ways to find secondary problems: (a) direct knowledge-based identification of secondary problems in new technologies or equipment; (b) identification of secondary problems of prototypes mentioned in patent citation trees; and (c) prediction of negative side effects using the correlation matrix for invention goals and secondary problems in a specific engineering domain.
The research work analyses the relationship of 155 Process Intensification (PI) technologies to the components of the Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ). It outlines TRIZ inventive principles frequently used in PI, and identifies opportunities for enhancing systematic innovation in process engineering by applying complementary TRIZ and PI. The study also proposes 70 additional inventive TRIZ sub-principles for the problems frequently encountered in process engineering, resulting in the advanced set of 160 inventive operators, assigned to the 40 TRIZ inventive principles. Finally, we analyse and discuss inventive principles used in 150 patent documents published in the last decade in the field of solid handling in the ceramic and pharmaceutical industries.
Process engineering (PE) focuses on the design, operation, control and optimization of chemical, physical and biological processes and has applications in many industries. Process intensification (PI) is the key development approach in the modern process engineering. The theory of inventive problem solving (TRIZ) is today considered as the most comprehensive and systematically organized invention knowledge and creative thinking methodology. This paper analyses the opportunities of TRIZ application in PE and especially in combination with PI. In this context the paper outlines the major challenges for TRIZ application in PE, conceptualizes a possible TRIZ-based approach for process intensification and problem solving in PE, and defines the corresponding research agenda. It also presents the results of the original empirical innovation research in the field of solid handling in the ceramic industry, demonstrates a method for identification and prediction of contradictions and introduces the concept of the probability of contradiction occurrence. Additionally, it describes a technique of process mapping that is based on the function and multi-screen analysis of the processes. This technique is illustrated by a case study dealing with granulation process. The research work presented in this paper is a part of the European project “Intensified by Design® platform for the intensification of processes involving solids handling”.
The modern TRIZ is today considered as the most organized and comprehensive methodology for knowledge-driven invention and innovation. When applying TRIZ for inventive problem solving, the quality of obtained solutions strongly depends on the level of completeness of the problem analysis and the abilities of designers to identify the main technical and physical contradictions in the inventive situation. These tasks are more complex and hence more time consuming in the case of interdisciplinary systems. Considering a mechatronic product as a system resulting from the integration of different technologies, the problem definition reveals two kinds of contradictions: 1) the mono-disciplinary contradictions within a homogenous sub-system, e.g., only mechanical or only electrical; 2) the interdisciplinary contradictions resulting from the interaction of the mechatronic sub-systems (mechanics, electrics, control and software). This paper presents a TRIZ-based approach for a fast and systematic problem definition and contradiction identification, which could be useful both for engineers and students facing mechatronic problems. It also proposes some useful problem formulation tech-niques such as the System Circle Diagram, the enhancement of System Operator with the Evolution Patterns, the extension of MATChEM-IB operator with Infor-mation field and Human Interactions, as well as the Cause-Effect-Matrix.
Economic growth and ecological problems motivate industries to apply eco-friendly technologies and equipment. However, environmental impact, followed by energy and material consumption still remain the main negative implications of the technological progress in process engineering. Based on extensive patent analysis, this paper assigns more than 250 identified eco-innovation problems and requirements to 14 general eco-categories with energy consumption and losses, air pollution, and acidification as top issues. It defines primary eco-engineering contradictions, in case eco-problems appear as negative side effects of the new technologies, and secondary eco-engineering contradictions, if eco-friendly solutions have new environmental drawbacks. The study conceptualizes a correlation matrix between the eco-requirements for prediction of typical eco-contradictions on example of processes involving solids handling. Finally, it summarizes major eco-innovation approaches including Process Intensification in process engineering, and chronologically reviews 66 papers on eco-innovation adapting TRIZ methodology. Based on analysis of 100 eco-patents, 58 process intensification technologies, and literature, the study identifies 20 universal TRIZ inventive principles and sub-principles that have a higher value for environmental innovation.
Economic growth and ecological problems have pushed industries to switch to eco-friendly technologies. However, environmental impact is still often neglected since production efficiency remains the main concern. Patent analysis in the field of process engineering shows that, on the one hand, some eco-issues appear as secondary problems of the new technologies, and on the other hand, eco-friendly solutions often show lower efficiency or performance capability. The study categorizes typical environmental problems and eco-contradictions in the field of process engineering involving solids handling and identifies underlying inventive principles that have a higher value for environmental innovation. Finally, 42 eco-innovation methods adapting TRIZ are chronologically presented and discussed.
Accelerated transformation of the society and industry through digi-talization, artificial intelligence and other emerging technologies has intensified the need for university graduates that are capable of rapidly finding breakthrough solutions to complex problems, and can successfully implement innovation con-cepts. However, there are only few universities making significant efforts to com-prehensively incorporate creative and systematic tools of TRIZ (theory of in-ventive problem solving) and KBI (knowledge-based innovation) into their de-gree structure. Engineering curricula offer little room for enhancing creativity and inventiveness by means of discipline‐specific subjects. Moreover, many ed-ucators mistakenly believe that students are either inherently creative, or will in-evitably obtain adequate problem-solving skills as a result of their university study. This paper discusses challenges of intelligent integration of TRIZ and KBI into university curricula. It advocates the need for development of standard guidelines and best-practice recommendations in order to facilitate sustainable education of ambitious, talented, and inventive specialists. Reflections of educa-tors that teach TRIZ and KBI to students from mechanical, electrical, process engineering, and business administration are presented.
The comprehensive assessment method includes 80 innovation performance parameters and 10 key indicators of innovation capability, such as innovation process performance, innovating system performance, market and customer orientation, technology orientation, creativity, leadership, communication and knowledge management, risk and cost management, innovative climate, and innovation competences. The cross-industry study identifies parameters critical for innovation success and reveals different innovation performance patterns in companies.
CONTEXT
The paper addresses the needs of medium and small businesses regarding qualification of R&D specialists in the interdisciplinary cross-industry innovation, which promises a considerable reduction of investments and R&D expenditures. The cross-industry innovation is commonly understood as identification of analogies and transfer of technologies, processes, technical solutions, working principles or business models between industrial sectors. However, engineering graduates and specialists frequently lack the advanced skills and knowledge required to run interdisciplinary innovation across the industry boundaries.
PURPOSE
The study compares the efficiency of the cross-industry innovation methods in one semester project-oriented course. It identifies the individual challenges and preferred working techniques of the students with different prior knowledge, sets of experiences, and cultural contexts, which require attention by engineering educators.
APPROACH
Two parallel one-semester courses were offered to the mechanical and process engineering students enrolled in bachelor’s and master’s degree programs at the faculty of mechanical and process engineering. The students from different years of study were working in 12 teams of 3…6 persons each on different innovation projects, spending two hours a week in the classroom and additionally on average two hours weekly on their project research. Students' feedback and self-assessments concerning gained skills, efficiency of learned tools and intermediate findings were documented, analysed, and discussed regularly along the course.
RESULTS
Analysis of numerous student projects allows to compare and to select the tools most appropriate for finding cross-industry solutions, such as thinking in analogies, web monitoring, function-oriented search, databases of technological effects and processes, special creativity techniques and others. The utilization of learned skills in practical innovation work strengthens the motivation of students and enhances their entrepreneurial competences. Suggested learning course and given recommendations help facilitate sustainable education of ambitious specialists.
CONCLUSIONS
The structured cross-industry innovation can be successfully run as a systematic process and learned in one semester course. The choice of the preferred working teqniques made by the students is affected by their prior knowledge in science, practical experience, and cultural contexts. Major outcomes of the students’ innovation projects such as feasibility, novelty and customer value of the concepts are primarily influenced by students’ engineering design skills, prior knowledge of the technologies, and industrial or business experience.
The production of potable water in dry areas nowadays is mainly done by the desalination of seawater. State of the art desalination plants usually are built with high production capacities and consume a lot of electrical energy or energy from primary resources such as oil. This causes difficulties in rural areas, where no infrastructure is available neither for the plants’ energy supply nor the distribution of the produced potable water. To address this need, small, self-sustaining and locally operated desalination plants came into the focus of research. In this work, a novel flash evaporator design is proposed which can be driven either by solar power or by low temperature waste heat. It offers low operation costs as well as easy maintenance. The results of an experimental setup operated with water at a feed flow rate of up to 1,600 l/h are presented. It is shown that the proof of concept regarding efficient evaporation as well as efficient gas-liquid separation is provided successfully. The experimental evaporation yield counts for 98 % of the vapor content that is expected from the vapor pressure curve of water. Neither measurements of the electrical conductivity of the gained condensate, nor the analysis of the vapor flow by optical methods show significant droplet entrainment, so there are no concerns regarding the purity of the produced condensate for the use as drinking water.
Our media-artistic performances and installations, INTERCORPOREAL SPLITS (2010–2013), BUZZ (2014–2015), W ASTELAND (2015–2016), as well as our new collaboration with Bruno Latour , DE\GLOBALIZE (2018–2020), are not just about polyphony. Here, however, we rediscover them under this heading, thus giving them a new twist, while mapping out issues, mechanisms and functional modes of the polyphonic.
Mit Gendering Marteloskope stellen wir Entwicklungsprozess dar: Entstanden ist videografisches Material in Marteloskopen, die im Wald Bäume, Tablets und Menschen in Dialog zueinander setzen. Die Videografie und die Erfahrungen vor Ort werden mit Ansätzen aus Gender in Science and Technlogy Studies reflektiert sowie mit digital unterstützter kollaborativer Didaktik über interaktive Webdokumentationen zu Open Science Modulen zusammengeführt.
A method for determining properties of a pipeline includes feeding a sound wave signal at a predetermined feed point into the pipeline so that the sound wave signal propagates in an axial direction of the pipeline. The frequency spectrum of the transmitted sound wave signal has a frequency component or a spectral range with a maximum frequency that is smaller than the lower limit frequency for the first upper mode. Reflected portions of the transmitted sound wave signal are detected as received sound wave signal and are evaluated with regard to the transmitted sound wave signal to determine at least the distance of each reflection site from the feed point.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibration einer Kamera (110) unter Nutzung eines Bildschirmes (120), wobei der Bildschirm (120) eine Menge von Bildpunkten (122) aufweist und die Kamera (110) eine Vielzahl von Pixeln (112) zur Darstellung des Bildes nutzt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritten (a) Darstellen zumindest eines Bildwertes (BW) in zumindest einem Bildpunkt (122) des Bildschirms (120) basierend auf einer Bildwertzuweisung; (b) Erfassen des zumindest einen Bildwertes (BW) durch einen Pixel (112a) der Kamera (110); und (c) Bestimmen der Position des zumindest einen Bildpunktes (122) auf dem Bildschirm (120) basierend auf dem zumindest einen erfassten Bildwert (BW) und der Bildwertzuweisung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes erwärmt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Laserstrahls in einer Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei der Laserstrahl die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes der Vorrichtung erwärmt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, die einen Druckkopf zum Aufbringen einer Keramikfarbe auf ein Substrat sowie einen Laser zum Erwärmen der Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls umfasst.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes erwärmt wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Laserstrahls in einer Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, wobei der Laserstrahl die Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik simultan zu dem Aufbringen der Keramikfarbe auf ein Substrat mittels eines Druckkopfes der Vorrichtung erwärmt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin auch eine Vorrichtung zum digitalen Drucken einer Keramikfarbe auf einem Substrat, die einen Druckkopf zum Aufbringen einer Keramikfarbe auf ein Substrat sowie einen Laser zum Erwärmen der Keramik der Keramikfarbe auf mindestens den Schmelzpunkt der Keramik mittels eines Laserstrahls umfasst.
Online comment on: "Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials"
(2018)
Numerous 2,5-dimethoxy-N-benzylphenethylamines (NBOMe), carrying a variety of lipophilic substituents at the 4-position, are potent agonists at 5-hydroxytryptamine (5HT2A ) receptors and show hallucinogenic effects. The present study investigated the metabolism of 25D-NBOMe, 25E-NBOMe, and 25N-NBOMe using the microsomal model of pooled human liver microsomes (pHLM) and the microbial model of the fungi Cunninghamella elegans (C. elegans). Identification of metabolites was performed using liquid chromatography-high resolution-tandem mass spectrometry (LC-HR-MS/MS) with a quadrupole time-of-flight (QqToF) instrument. In total, 36 25D-NBOMe phase I metabolites, 26 25E-NBOMe phase I metabolites and 24 25N-NBOMe phase I metabolites were detected and identified in pHLM. Furthermore, 14 metabolites of 25D-NBOMe, 11 25E-NBOMe metabolites, and nine 25N-NBOMe metabolites could be found in C. elegans. The main biotransformation steps observed were oxidative deamination, oxidative N-dealkylation also in combination with hydroxylation, oxidative O-demethylation possibly combined with hydroxylation, oxidation of secondary alcohols, mono- and dihydroxylation, oxidation of primary alcohols, and carboxylation of primary alcohols. Additionally, oxidative di-O-demethylation for 25E-NBOMe and reduction of the aromatic nitro group and N-acetylation of the primary aromatic amine for 25N-NBOMe took place. The resulting 25N-NBOMe metabolites were unique for NBOMe compounds. For all NBOMes investigated, the corresponding 2,5-dimethoxyphenethylamine (2C-X) metabolite was detected. This study reports for the first time 25X-NBOMe N-oxide metabolites and hydroxylamine metabolites, which were identified for 25D-NBOMe and 25N-NBOMe and all three investigated NBOMes, respectively. C. elegans was capable of generating all main biotransformation steps observed in pHLM and might therefore be an interesting model for further studies of new psychoactive substances (NPS) metabolism.
Lithium-ion pouch cells with lithium titanate (Li4Ti5O12, LTO) anode and lithium nickel cobalt aluminum oxide (LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, NCA) cathode were investigated experimentally with respect to their electrical (0.1C…4C), thermal (5 °C…50 °C) and long-time cycling behavior. The 16 Ah cell exhibits an asymmetric charge/discharge behavior which leads to a strong capacity-rate effect, as well as a significantly temperature-dependent capacity (0.37 Ah ∙ K−1) which expresses as additional high-temperature feature in the differential voltage plot. The cell was cycled for 10,000 cycles inbetween the nominal voltage limits (1.7–2.7 V) with a symmetric 4C constant-current charge/discharge protocol, corresponding to approx. 3400 equivalent full cycles. A small (0.192 mΩ/1000 cycles) but continuous increase of internal resistance was observed. Using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), this could be identified to be caused by the NCA cathode, while the LTO anode showed only minor changes during cycling. The temperature-corrected capacity during 4C cycling exhibited a decrease of 1.28%/1000 cycles. The 1C discharge capacity faded by only 4.0% for CC discharge and 2.3% for CCCV discharge after 10,000 cycles. The cell thus exhibits very good internal-resistance stability and excellent capacity retention even under harsh (4C continuous) cycling, demonstrating the excellent stability of LTO as anode material.
One of the bottlenecks hindering the usage of polymer electrolyte membrane fuel cell technology in automotive applications is the highly load-sensitive degradation of the cell components. The cell failure cases reported in the literature show localized cell component degradation, mainly caused by flow-field dependent non-uniform distribution of reactants. The existing methodologies for diagnostics of localized cell failure are either invasive or require sophisticated and expensive apparatus. In this study, with the help of a multiscale simulation framework, a single polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) model is exposed to a standardized drive cycle provided by a system model of a fuel cell car. A 2D multiphysics model of the PEMFC is used to investigate catalyst degradation due to spatio-temporal variations in the fuel cell state variables under the highly transient load cycles. A three-step (extraction, oxidation, and dissolution) model of platinum loss in the cathode catalyst layer is used to investigate the cell performance degradation due to the consequent reduction in the electro-chemical active surface area (ECSA). By using a time-upscaling methodology, we present a comparative prediction of cell end-of-life (EOL) under different driving behavior of New European Driving Cycle (NEDC) and Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle (WLTC).
On the Fundamental and Practical Aspects of Modeling Complex Electrochemical Kinetics and Transport
(2018)
Numerous technologies, such as batteries and fuel cells, depend on electrochemical kinetics. In some cases, the responsible electrochemistry and charged-species transport is complex. However, to date, there are essentially no general-purpose modeling capabilities that facilitate the incorporation of thermodynamic, kinetic, and transport complexities into the simulation of electrochemical processes. A vast majority of the modeling literature uses only a few (often only one) global charge-transfer reactions, with the rates expressed using Butler–Volmer approximations. The objective of the present paper is to identify common aspects of electrochemistry, seeking a foundational basis for designing and implementing software with general applicability across a wide range of materials sets and applications. The development of new technologies should be accelerated and improved by enabling the incorporation of electrochemical complexity (e.g., multi-step, elementary charge-transfer reactions and as well as supporting ionic and electronic transport) into the analysis and interpretation of scientific results. The spirit of the approach is analogous to the role that Chemkin has played in homogeneous chemistry modeling, especially combustion. The Cantera software, which already has some electrochemistry capabilities, forms the foundation for future capabilities expansion.