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Die Einbindung von Mini- und Mikro-BHKW in ein virtuelles Kleinkraftwerk (VKK) bietet vielfältige wirtschaftliche, Smart-Grids- und Klimaschutzpotentiale zur Unterstützung der "Wärmewende". Eine Einbindung solcher Anlagen ist bisher jedoch mit zumeist hohen Kosten verbunden, weshalb i.d.R. nur Anlagen in höheren Leistungsklassen (> 500 kWel) umgesetzt werden. Im Rahmen des Projekts mikroVKK wurde deshalb das Ziel verfolgt zu demonstriert und nachzuweisen, dass auch BHKW-Anlagen unter 100 kWel in ein virtuelles Kleinkraftwerk (VKK) wirtschaftlich einzubinden sind.
GridSystronic Energy (GSE) hat hierfür ein spezielles VKK-System (gs.system) entwickelt, welches im Rahmen des Projekts unter realen Bedingungen erprobt, weiterentwickelt und möglichst zur Marktreife gebracht wurde. Durch die Konfiguration des Systems - d.h. einfache Steuerboxen (gs.box) werden als Gateway für die Kommunikation vor Ort zur Anlagen- und Zähleranbindung verbaut, wohingegen die Berechnungen, Simulationen und Optimierung der Steuersignale auf dem zentralen gs.server erfolgt - lässt sich eine kostengünstige und skalierbare Lösung darstellen.
Zusammen mit zehn Stadtwerken als Praxispartner wurden unterschiedliche BHKW- Standorte identifiziert und auf deren technische Eignung und die Umsetzbarkeit neuer Geschäftsmodelle auf Basis einer intelligenten Steuerung analysiert. Für ausgewählte Objekte, wie z.B. Schulen, Wärmenetze, Mehrfamiliengebäude, wurde durch GSE eine Anbindung der für die Regelung notwendigen Geräte und Zähler realisiert. Regelwerke, wie z.B. "Lastprofil folgen", als Basis für neue Geschäftsmodelle wurden mit den Praxispartnern abgestimmt und entwickelt. Anhand der Erkenntnisse zu den Effekten der intelligenten Steuerung (z.B. Nutzung von möglichen Flexibilitäten, Stabilität des Systems, Verschiebung der Betriebszeiten, Änderung der Lieferquoten etc.) wurden neue Geschäftsmodelle detailliert analysiert und mit den Praxispartnern prototypisch umgesetzt. Die Evaluation zu den Smart-Grids-Potenzialen (Flexibilität, netzdienliche Einspeisung etc.) sowie die Potenziale zur Unterstützung des Klimaschutzes (CO2-Minderung) erfolgte anhand von gemessenen und simulierten Werten.
Während der Projektlaufzeit konnte die technische Anbindbarkeit von BHKW-Anlagen mit einer elektrischen Leistung bis 100 kWel demonstriert werden. Die Vorarbeiten für die Erarbeitung einer standardisierten und kostengünstigen Anbindungslösung war jedoch sehr viel zeitintensiver als ursprünglich geplant, weshalb die Anlagen verspätet oder z.T. gar nicht angebunden werden konnten. Wegen der geringen Datenbasis konnten die grundsätzlichen wirtschaftlichen Potenziale einer VKK Steuerung deshalb nur auf theoretischer Basis nachgewiesen werden. Die Anbindungs- und Integrationskosten hängen stark von den örtlichen Gegebenheiten ab, weshalb es hierfür keine pauschale Aussage getroffen werden kann. Durch die gewonnenen Erfahrungen und Lernprozesse konnte jedoch im Laufe des Projektes bereits eine erhebliche Kostenreduktion erzielt werden. Auch bei Neuanlagen, bei denen die Anbindung bereits vorab eingeplant werden kann, können die Kosten der Anbindung stark reduziert werden. Die Smart-Grid-Potenziale und die Klimaschutzpotenziale eines VKK-Einsatzes wurden von der Hochschule Offenburg ebenfalls auf einer theoretischen Basis ermittelt. In einem nächsten Schritt wäre es deshalb notwendig zu analysieren, ob sich die ermittelten Effekte auch unter realen Bedingungen einstellen.
The growing demand for active medical implantable devices requires data and or power links between the implant and the outside world. Every implant has to be encapsulated from the body by a specific housing and one of the most common materials used is titanium or titanium alloy. Titanium thas the necessary properties in terms of mechanical and chemical stability and biocompatibility. However, its electrical conductivity presents a challenge for the electromagnetic transmission of data and power. The proposed paper presents a fast and practical method to determine the necessary transmission parameters for titanium encapsulated implants. Therefore, the basic transformer-transmission-model is used with measured or calculated key values for the inductances. Those are then expanded with correction factors to determine the behavior with the encapsulation. The correction factors are extracted from finite element method simulations. These also enable the analysis of the magnetic field distribution inside of the housing. The simulated transmission properties are very close to the measured values. Additionally, based on lumped elements and magnetic field distribution, the influential parameters are discussed in the paper. The parameter discussion describes how to enhance the transmitted power, data-rate or distance, or to reduce the size of the necessary coils. Finally, an example application demonstrates the usage of the methods.
In the 19th century Alexander von Humboldt explored the nature and was conceived a new vision of nature that still influences the way we understand the new world. Humboldt believed in the importance of accurate measurements and precise description of observations. His vision of nature included not only facts but also emotions.
Nowadays smart solutions will be developed by using computer technology, which will influence our relationship to nature, our handling of the complexity and diversity of nature itself and the technological influences on the society. Could we avoid a new form of “Colonialism”, when a network of super computers will create a smarter world?
This paper describes the Sweaty II humanoid adult size robot trying to qualify for the RoboCup 2018 adult size humanoid competition. Sweaty came 2nd in RoboCup 2017 adult size league. The main characteristics of Sweaty are described in the Team Description Paper 2017. The improvements that have been made or are planned to be implemented for RoboCup 2018 are described in this paper.
MPC-Workshop Juli 2018
(2018)
A Nonlinear FEM Model to Calculate Third-Order Harmonic and Intermodulation in TC-SAW Devices
(2018)
Nonlinearities in Temperature Compensated SAW (TC-SAW) devices in the 2 GHz range are investigated using a nonlinear finite element model by simultaneously considering both third-order intermodulation distortion (IMD3)and third harmonic (H3). In the employed perturbation approach, different contributions to the total H3, the direct and indirect contribution, are discussed. H3 and IMD3 measurements were fitted simultaneously using scaling factors for SiO 2 film and Cu electrode nonlinear material tensors in TC-SAW devices. We employ a P-Matrix simulation as intermediate step: Firstly, measurement and nonlinear P-Matrix calculations for finite devices are compared and coefficients of the P-Matrix simulation are determined. The nonlinear tensor data of the different materials involved in periodic nonlinear finite element method (FEM) computations are optimized to fit periodic P-Matrix calculations by introducing scaling factors. Thus, the contribution of different materials to the nonlinear behavior of TC-SAW devices is obtained and the role of materials is discussed.
Dieser technische Bericht stellt die Verwendung der Zuwendung und der erzielten Ergebnisse im Einzelnen dar. Die Gegenüberstellung mit den vorgegebenen Zielen erfolgt anhand der Beschreibung des Arbeitspakete. Die Verwendung der Zuwendung und Gegenüberstellung mit den vorgegebenen Zielen wird anhand der Arbeitspakete beschrieben, um den Abgleich zwischen Planung und durchgeführten Arbeiten unmittelbar darstellen zu können.
Inzwischen hat sich Instagram für Unternehmen als relevante Marketing-Plattform etabliert. Weltweit sind etwa 25 Millionen Business-Profile aktiv und die Zahl wird voraussichtlich noch deutlich steigen. Stories sind aktuell wohl eines der modernsten Content-Formate in der Social Media Welt. Umso wichtiger ist es, sich als Unternehmen frühzeitig mit dem Thema zu beschäftigen und sich auf der Plattform richtig zu positionieren. Die Hälfte aller Instagram Business Profile veröffentlichen pro Monat mindestens eine Instagram Story. Je mehr Unternehmen die Stories nutzen, desto höher wird der Wettbewerb innerhalb des Story-Features. Für Unternehmen wird es daher auch zunehmend schwieriger an eine der vorderen Positionen innerhalb des Story Feeds zu gelangen. Wer sich als Werbetreibender positionieren will, muss sich den stets neuen Entwicklungen, der Geschwindigkeit der Neuheiten, der Aktualität der Trends und den Anforderungen der Community anpassen.
Allgemeine Geschäftsbedingungen als Instrument der Vereinfachung betrieblicher Vertragsgestaltung
(2018)
Im Wirtschaftsleben spielen heute AGB eine bedeutende Rolle. Diese sind nach § 305 Abs. 1 BGB alle, für eine Vielzahl von Verträgen vorformulierten Vertragsbedingungen, die eine Vertragspartei (Verwender) der anderen Vertragspartei bei Abschluss eines Vertrags stellt. Vertragsbedingungen sind dabei die Regelungen, die Bestandteil des Vertrages werden sollen.1 Gleichgültig ist, ob die Bestimmungen einen äußerlich gesonderten Bestandteil des Vertrags bilden oder in die Vertragsurkunde selbst aufgenommen werden, welchen Umfang sie aufweisen, in welcher Schriftart sie verfasst sind und welche Form der Vertrag hat (vgl. § 305 Abs. 1 S. 2 BGB). Durch AGB wird grundsätzlich ein Rationalisierungseffekt erreicht. Bei Abschluss von Massenverträgen stellen diese eine Vereinfachung der Vertragsabwicklung dar. Stetig gleichbleibende Vertragsregelungen können einmalig formuliert und ständig wiederverwendet werden. Des Weiteren verfolgen AGB den Zweck, das Risiko ihres Verwenders zu begrenzen. AGB stellen ebenso Regelungen des Rechtsverhältnisses zwischen den Vertragsparteien dar. Neben den Vorteilen, können sich aber auch nachteilige Aspekte für den Verwender ergeben. Durch die Vorformulierung von AGB kann die Gefahr bestehen, dass der AGB-Verwender die Regelungen ausschließlich zu seinen Gunsten und damit zum Nachteil der anderen Vertragspartei gestaltet. In einer Drucksituation kann die Gegenseite des Vertrages so gezwungen sein, sich mit den AGB als einverstanden zu erklären. Als Beispiel kann der AGB-Verwender eine Monopolstellung innehaben oder die andere Vertragspartei benötigt die Vertragsleistung dringend.
Die touristische Entwicklung in den deutschen Urlaubsorten gestaltet sich derzeit in der Regel sehr positiv. Dies ist einerseits sehr erfreulich und sollte Anlass für das Marketing geben, diese Situation zu verfestigen und zu verstärken; andererseits zeigt eine nähere Betrachtung, dass sich die Besucherströme in erster Linie auf die Hauptsaisonzeiten der jeweiligen Urlaubsgebiete konzentrieren. Für viele Bäderorte, vor allem etwa auch die der Ost- und Nordseeküste, sind dies die Ferienzeiten im Sommer. So verzeichnen viele Hotels und Restaurants bis zu 70 % ihrer Jahreseinnahmen in dieser nur dreimonatigen Periode. Das Problem besteht nun in den übrigen Jahreszeiten vor allem darin, dass bei geringem Umsatz trotzdem Personal und Einrichtungen vorgehalten werden müssen. Auch die vorhandenen gemeindlichen und privaten Infrastrukturen werden in den Nebensaisonzeiten nicht genügend ausgelastet. Läden und Geschäfte leiden zum Teil unter der geringen Gästezahl. Manche Urlaubsorte wirken, so vor allem im Winter, oft in diesen Zeiten wie ausgestorben. Entwicklungsbedarf entsteht nun darin, auch Angebote zu schaffen, die einen Ferienaufenthalt im Herbst, Winter und Frühjahr attraktiver machen. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel der folgenden Ausführungen, entsprechende innovative Lösungsansätze aufzuzeigen.
Quantification of astaxanthin in salmons by chemiluminescence and absorption after TLC separation
(2018)
Astaxanthin is a keto-carotenoid, belongs to the chemical class of terpenes and is a yellow lipid soluble compound. The compound is present in marine animals like salmons and crustacean. Its colour is due to conjugated double bonds and these double bonds are responsible for its antioxidant effect. Its antioxidant activity is ten times stronger than other carotenoids and nearly 500 fold stronger than vitamin-E. We present a new thin layer chromatography (TLC) method to measure astaxanthin on TLC-plates (Merck, 1.05554) in the visible absorption range as well as by using chemiluminescence. For separation a solvent mixture of cyclohexane and acetone (10 + 2.4, v/v) was used. The RF-value of astaxanthin is 0.14.The limit of detection in vis-absorption is 64 ng / band and the limit of quantification is 92 ng/band. In chemiluminescence the values are 90 ng / band and 115 ng/band. The method offers two independently working measurement modes on a single plate which increase the accuracy of the quantification.
The authors claim that location information of stationary ICT components can never be unclassified. They describe how swarm-mapping crowd sourcing is used by Apple and Google to worldwide harvest geo-location information on wireless access points and mobile telecommunication systems' base stations to build up gigantic databases with very exclusive access rights. After having highlighted the known technical facts, in the speculative part of this article, the authors argue how this may impact cyber deterrence strategies of states and alliances understanding the cyberspace as another domain of geostrategic relevance. The states and alliances spectrum of activities due to the potential existence of such databases may range from geopolitical negotiations by institutions understanding international affairs as their core business, mitigation approaches at a technical level, over means of cyber deterrence-by-retaliation.
In a Semi-autonomic cloud auditing architecture we weaved in privacy enhancing mechanisms [15] by applying the public key version of the Somewhat homomorphic encryption (SHE) scheme from [4]. It turns out that the performance of the SHE can be significantly improved by carefully deriving relevant crypto parameters from the concrete cloud auditing use cases for which the scheme serves as a privacy enhancing approach. We provide a generic algorithm for finding good SHE parameters with respect to a given use case scenario by analyzing and taking into consideration security, correctness and performance of the scheme. Also, to show the relevance of our proposed algorithms we apply it to two predominant cloud auditing use cases.
Covert- and side-channels as well as techniques to establish them in cloud computing are in focus of research for quite some time. However, not many concrete mitigation methods have been developed and even less have been adapted and concretely implemented by cloud providers. Thus, we recently conceptually proposed C 3 -Sched a CPU scheduling based approach to mitigate L2 cache covert-channels. Instead of flushing the cache on every context switch, we schedule trusted virtual machines to create noise which prevents potential covert-channels. Additionally, our approach aims on preserving performance by utilizing existing instead of artificial workload while reducing covert-channel related cache flushes to cases where not enough noise has been achieved. In this work we evaluate cache covert-channel mitigation and performance impact of our integration of C 3 -Sched in the XEN credit scheduler. Moreover, we compare it to naive solutions and more competitive approaches.
Bei der Produktion von Solarzellen aus multikristallinem Silizium haben Defekte aus der Kristallisationsphase starken Einfluss auf die Materialqualität der Wafer und damit auf den Wirkungsgrad der späteren Solarzelle. Ein Verständnis des Kornwachstums in multikristallinem Silizium während des Kristallisationsprozesses kann zur Optimierung desselben beitragen. In dieser Arbeit werden Methoden untersucht, optische Flüsse zwischen Korngrenzenbildern multikristalliner Si-Wafer mittels neuronaler Netze zu berechnen. Hierfür wird die Architektur eines ausgereiften faltungsbasierten neuronalen Netzes zur optischen Fluss-Berechnung genutzt und durch angepasstes Training auf Waferstrukturen zugeschnitten. Dies umfasst die Synthese eigener, auf Waferbilder basierender Trainingsdaten und das Training mit einer angepassten Fehlerfunktion zur Bewertung der Zuordnungsgenauigkeit von Körnern zwischen Wafern durch den optischen Fluss. Beide Maßnahmen zusammen führen zu einer Reduktion des Zuordnungsfehlers von Körnern zwischen Waferbildern um 45 % gegenüber einem hochoptimierten, auf allgemeine optische Flüsse trainierten Modell basierend auf demselben Netzwerk. Die geschätzte Zuordnungsgenauigkeit des besten Modells beträgt 92,4 % der Pixel der Korngrenzenbilder eines Wafers. Weiteres Verbesserungspotenzial ist vorhanden.
In letzter Zeit sind einige neue, hochintegrierte Einchip-Radarsensoren auf den Markt gekommen. Die enormen Fortschritte im Bereich des autonomen Fahrens hat diese Sensoren hervorgebracht. Mit ihnen lassen sich diverse Anwendungen, wie zum Beispiel eine Abstandsmessung, Kollisionserkennung oder Geschwindigkeitserfassung realisieren.
Für die Nutzung eines solchen modernen Radarsensors spricht viel, jedoch besitzen alle eine differenzielle Ausgangsschnittstelle, die nicht mit den üblichen Mikrocontrollersystemen eingelesen werden kann. Darum war das Ziel der Arbeit, die Entwicklung eines Schnittstellenwandlers auf einem Low-Power-FPGA, zur Anbindung eines Radarchips an einen klassischen Mikrocontroller.
Der Lösungsweg war demnach schon vorgegeben, es folgte die konkrete Umsetzung mit der Modellierung der Hardware in VHDL. Der FPGA liest die differenzielle Schnittstelle ein, parallelisiert die Daten und speichert sie zwischen. Sobald die Messdaten vollständig sind, können sie über die serielle SPI-Schnittstelle angefordert werden. Als Gegenstelle kommt ein Mikrocontroller zum Einsatz, der die Messdaten wiederum gemäß eines definierten Protokolls zur Auswertung an einen Computer weiterleitet.
Die Machbarkeit dieser Anwendung wurde kontrolliert, indem die Messdaten vom Radarchip, übermittelt durch den FPGA und Mikrocontroller, auf dem Computer mithilfe eines Analyseprogramms bewertet wurden. Die Auswertung der Messergebnisse entspricht in vollem Umfang den Erwartungen. Der Ressourcenverbrauch im FPGA wurde hierbei ebenfalls als kritisch betrachtet, was sich im Nachhinein jedoch nicht bestätigte. Es ist sogar das Gegenteil der Fall, mit den übrigen freien Ressourcen steht einer möglichen Signalverarbeitung nichts im Wege.
Die vorliegende Bachelor-Thesis wurde im Rahmen des Bachelorstudiengangs an der Hochschule Offenburg in der Sparte S der Fertigungsplanung der Hugo Kern und Liebers GmbH und Co. KG verfasst. Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, die Lagerung der vorderen Kettenumlenkung weiter zu optimieren, um die Standzeit zu verbessern. Der Fokus der Arbeit liegt dabei in der Optimierung des Seriengleitlagers, bzw. der Entwicklung und Herstellung eines speziell gekapselten Gleitlagers.
Als Optimierungen im seriennahen Bereich, das heißt möglichst ohne große Änderungen am Fertigungs- bzw. Montageablauf, findet vor allem das Borieren der Reibpartner besondere Beachtung. Durch erste Feldversuche zeigte sich, dass das Borieren des Umlenksterns positive Auswirkungen auf die Reibung hat und den Widerstand gegen abrasiven Verschleiß durch Erhöhung der Randschichthärte deutlich verbessert. Zusätzlich zum Einsatz eines borierten Umlenksterns wird untersucht, ob das zusätzliche Borieren des HM-Rings weitere Vorteile bringt, vor allem hinsichtlich der entstehenden zusätzlichen Notlaufeigenschaften durch die Boridschicht.
Als weitere Variante wird der eingesetzte Hartmetallring, welcher aktuell lediglich eine einzige Schmiernut enthält, mit optimierten Schmiernuten hergestellt. Als Vorbild hierfür wird die Gestaltungsrichtlinie von Schmiernuten von hydrodynamischen Gleitlagern verwendet.
Der größte Block und damit auch der, welcher am vielversprechendsten ist, ist die Neuentwicklung und Herstellung einer gekapselten Gleitlagervariante. Diese soll es ermöglichen, dass die Reibpartner komplett von Öl umschlossen sind und so eine Verbesserte und dauerhafte Schmierung erreicht werden soll. Außerdem soll die gekapselte Gleitlagerung so gestaltet werden, dass eine Nachförderung von Öl aus einem in den Bolzen angebrachten Schmiermittelreservoir ermöglicht wird und so eine Lebensdauerschmierung erreicht werden kann.
Um die unterschiedlichen Mustervariationen bewerten zu können, werden jeweils Prüfstandversuche durchgeführt, bei dem die entstehenden Drehmomente und die Temperatur gemessen werden. Als Vergleich dient jeweils der Serienstand mit seinen festgelegten Grenzen.
Außerdem wird für jede Variante ein Sägeversuch durchgeführt, bei welchem die Bau-gruppen bei den beiden kritischen Sägerichtungen Rückwärts und Einstechen überprüft wird. Auch hier erfolgt die Beurteilung über etwaige Verbesserungen mit den Ergebnissen der Sägesysteme aus dem aktuellen Serienzustand.
Bei der Prüfung der Musterbaugruppen zeigt sich, dass vor allem das Borieren der Reibpartner Vorteile gegenüber der Serie bringt und durchaus die Möglichkeit der Umsetzung in der Serienbaugruppe besteht. Die Tests verliefen äußerst positiv, vor allem im Bereich höherer Belastungen zeigt sich, dass das Borieren des Umlenksterns deutliches Verbesserungspotenzial im Vergleich zum aktuellen Serienstand zeigt.
An ein Umsetzen der Baugruppen mit gekapselter Gleitlagervariante ist aktuell nicht zu denken. Die geprüften Baugruppen zeigen deutliche Schwächen bei den Prüfstandsversuchen. Die Ergebnisse der Sägeversuche stellen sich jedoch noch deutlich schlechter dar. Unabhängig vom verwendeten Schmieröl, bzw. den darin enthaltenen Festschmierstoffpartikeln, besteht keine einzige Baugruppe auch nur annähernd die festgelegten Mindestanforderungen.
Um die gekapselte Gleitlagervariante auf einen Stand zu bringen, bei welchem an ein Umsetzen in die Serienbaugruppe gedacht werden kann, bedarf es noch weiterem Entwicklungsaufwand. Das Aufbiegen des Schwertes während des Sägens muss verhindert werden. Außerdem muss die Materialpaarung, die Härte und die Oberflächenqualität von Umlenkstern und Bolzen angepasst werden, um die Ausbildung von Kaltverschweißungen zu vermeiden. Die Kaltverschweißungen zwischen Umlenkstern und Bolzen bewirken, dass der Bolzen nicht mehr drehbar ist was unmittelbar zum Ausfall der Baugruppen führt.
Die vorliegende Bachelor-Thesis ist bei der Firma AUMA in Müllheim in der Abteilung Testingentstanden.
Diese Arbeit ist in zwei Teile unterteilt. Im ersten Teil wird näher auf den Entwurf eines Motorenprüfstands und dessen Realisierung eingegangenen, während sich der zweite Teil damit befasst, wie dieser für die Ausbildung – und die Einarbeitung in Mess- und Steuerungstechnik – von Auszubildenden genutzt werden soll. In diesem Versuchsaufbau wird vorrangig ein Gleichstrommotor getestet.
Die Begründung für die Erstellung eines Motoren-Bremsprüfstands liegt darin, dass es eine der Hauptaufgaben der Abteilung Testing ist, in Labor-Prüfeinrichtungen Antriebe der AUMA Gruppe zu testen. Diese Prüfeinrichtungen arbeiten in der Regel mit gefährlichen Spannungen und dürfen nur von Fachkräften in Betrieb genommen werden. In Zukunft sollen Auszubildende im Zuge einer praxisnahen und handlungsorientierten Ausbildung die Möglichkeit haben, sich selbstständig in die Bereiche der Mess- und Steuerungstechnik einzuarbeiten.
Mit dem realisierten Motoren-Bremsprüfstand ist es in der Abteilung Testing möglich, in Zukunft Auszubildende ressourcenschonend und in einem gefahrenfreien Umfeld in die Aufgaben der Abteilung Testing einzuarbeiten. Somit reduziert sich die benötigte Einarbeitungszeit, in der ein Mitarbeiter die Auszubildenden betreuen muss. Mit dem gebauten Prüfstand können Auszubildende die Charakteristik eines Gleichstrommotors verstehen und die Messmethoden, zur Erfassung von Drehmoment, Drehwinkel, Temperatur, sowie elektrische Größen, anwenden. Diese Erkenntnisse lassen sich optimal auf größere Prüfstände übertragen und bereiten die Auszubildenden auf spätere Aufgaben im Unternehmen AUMA und der Abteilung Testing vor.
Die Schaltvorgänge in einem Doppelkupplungsgetriebe werden neben den Hardwarekomponenten hauptsächlich von den Parametern beeinflusst, welche in der Software des Steuergerätes festgelegt sind. Darin werden unter anderem Schaltpunkte, Steuerzeiten und Kupplungsraten festgelegt. Diese Parameter tragen maßgeblich zur Schaltdynamik bei und beeinflussen sowohl den Kraftstoffverbrauch als auch den Fahrkomfort während der Schaltung. Da die Motivation Kraftstoff zu sparen bzw. den Schadstoffausstoß zu reduzieren aufgrund der aktuellen Situation in der Automobilindustrie immer mehr steigt, nimmt auch die Wichtigkeit der Schaltungsoptimierung zu. Aufgrund der beim Schaltvorgang auftretenden Verlustleistung, welche durch Reibung hervorgerufen wird, bietet die Optimierung dieser Vorgänge großes Potential um Kraftstoff einzusparen und damit die Emissionen zu reduzieren.
Aufgabe ist es, die Parameter der Getriebesoftware dahingehend zu optimieren, dass die Reibleistung beim Schaltvorgang minimiert wird. Dies wird durch die Verkürzung der Phasen erreicht, aus welchen eine Schaltung besteht. Die Dauer des Schaltvorgangs ist allerdings mit dem Fahrkomfort verknüpft. Eine zu starke Verkürzung kann daher zu großen Änderungen in der Beschleunigung führen, was für den Kunden als ruckartige Bewegung des Fahrzeugs spürbar ist und dadurch die Akzeptanz der Optimierung nicht mehr gegeben ist. Aus diesem Grund darf die Dauer des Schaltvorgangs nur so stark verkürzt werden, dass sie den Grenzwert, der für diese Beschleunigungsänderung vorgegeben ist, nicht überschreitet. Zusammengefasst müssen folgende Punkte bearbeitet werden:
- Optimierung des Schaltvorgangs hinsichtlich des Verbrauchs
- Überprüfung der optimierten Einstellung auf Konformität mit dem Grenzwerten des Fahrkomforts
Durch diese Optimierungen ist es möglich, die im Schaltvorgang durch Dissipation auftretenden Verluste deutlich zu reduzieren, ohne dabei den Fahrkomfort und somit die Akzeptanz des Kunden zu beeinträchtigen.
In einer SAW-Vorrichtung, welche einen SAW-Chip umfasst, der einen SAW-Wandler aufweist, welcher innerhalb einer ersten Signalleitung angeordnet ist, werden Parasitärsignale infolge höherer Harmonischer der Betriebsfrequenz der SAW-Vorrichtungen durch Kompensationsmittel elektrisch beseitigt, welche zumindest eine zweite Signalleitung mit Mitteln zum Erzeugen eines Aufhebungssignals, das im Vorzeichen oder in der Phase vom Parasitärsignal verschieden ist, oder eine Nebenschlussleitung zum elektrischen Verbinden des SAW-Wandlers mit einer rückseitigen Metallisierung des SAW-Chips umfassen.
In a SAW device comprises a SAW chip bearing a SAW transducer arranged within a first signal line parasitic signals due to higher harmonics of the operating frequency of the SAW devices are electrically eliminated by compensating means comprising at least one second signal line having means for producing a cancelling signal different in sign or phase to the parasitic signal, or a shunt line to electrically connect the SAW transducer to a back side metallization of the SAW chip.
Das Projekt PHOTOPUR soll die Reduzierung von Pestiziden in Oberflächengewässern ermöglichen. In dieser Arbeit wird eine Automatisierung eines ersten Demosystems entwickelt, welches den gesamten Reinigungsprozess abbildet. Eine Projektierung der Automatisierung des Systems wird mit den dafür vorgesehenen Fließschemas und Gerätelisten durchgeführt. Darauf aufbauend wird die Ablaufsteuerung des Demosystems durch einen Ablauf-Funktionsplan umgesetzt. Um eine Systemüberwachung der Anlage zu gewährleisten wurde dazu eine Visualisierung ausgearbeitet. Zusätzlich wurden die Regelstrecken der Durchflussregelungen in den zwei Teilprozessen des Reinigungsprozesses bestimmt und durch unterschiedliche Einstellregeln der optimale Regler der Regelkreise ermittelt.
Die in dieser Arbeit entwickelte Software, beinhaltet die drei folgenden Umsetzungen: Realisierung der Ablaufsteuerung, Implementierung der Reglerparameter durch einen vorhandenen Regelalgorithmus und die Visualisierung des Demosystems.
Wir haben die erste „Eiserne Hand“ des Götz von Berlichingen mit 3D-Computer-Aided Design rekonstruiert und über einen Multimaterial-3D-Drucker ausgedruckt. Dabei ließ sich feststellen, dass die 500 Jahre alte Technik keinesfalls veraltet ist: Das Innenleben der „Eisernen Hand“ ist ausgefeilter als bisher angenommen. Sie könnte sogar spannende Impulse für die Entwicklung neuer künstlicher Handprothesen liefern.
Forschung im Fokus 2018
(2018)
Campus Winter 2018/2019
(2018)
Konzeption und Umsetzung einer Websitemigration unter dem speziellen Blickwinkel der Usability
(2018)
Die vorliegende Arbeit ist in Zusammenarbeit mit der P3 Systems GmbH entstanden. Sie soll zum einen den Migrationsprozess einer Website darstellen und die Hürden die dabei auftreten können, sowie mögliche praktische Lösungswege aufzeigen. Zum anderen soll verdeutlicht werden, inwieweit sich dieser Prozess dazu eignet die Usability der Website durch einen nutzerorientierten Entwicklungsprozess und eine gezielte Anwendung von erprobten Methoden zu erhöhen. Hierzu sollen zunächst das Unternehmen, die zu migrierende Website und die Beweggründe für die Migration vorgestellt werden. Im zweiten Kapitel werden die Grundlagen für die spätere Arbeit gelegt. Hier werden verwendete Web-Technologien, Informationen zur Usability und zu den angewendeten Methoden erklärt. Im Anschluss beginnt die Dokumentation der praktischen Arbeit in der Reihenfolge, in der sie durchgeführt wurde. Zunächst wird der benutzerorientierte Entwicklungsprozess erläutert, darauf aufbauend die Konzeption der neuen Website und schließlich die Umsetzung der Migration an sich, die mit der Evaluation der Ergebnisse endet. Abschießend soll ein Fazit gezogen und ein möglicher Ausblick für die Zukunft aufgezeigt werden.
Der beständig wachsende Markt und die Aussicht auf eine Vielzahl an „ausrangierten“ Batteriespeichern aus der Elektro-Mobilität, hat in den letzten Jahren zu einer Vielzahl an Anbietern von Batteriespeichersystemen für Gewerbe und Industrie geführt.
Die Anwendungsmöglichkeiten und daraus resultierende Geschäfts- und Erlösmodelle sind ein Schwerpunkt im vorliegenden Leitfaden. Außerdem beantworten wir praxisrelevante Fragestellungen für einen potentiellen Anwender: Welche relevanten Anbieter gibt es am Markt? Wie unterscheiden sich diese und deren Produkte? Welche zusätzlichen Services werden angeboten? Um nur einige davon zu nennen.
Der Fokus unserer Analyse sind dabei die Anbieter von Komplett-Lösungen. Diese unterscheiden sich oftmals gerade nicht in der verwendeten Batterietechnologie sondern vor allem durch die Leistungselektronik und die (oft proprietäre) Steuerungstechnik. Und die machen aus Anwender- und Systemsicht oft den Unterschied.
Inhalte: Einführung und Hintergrund | Batteriespeicher in Gewerbe- und Industrie – Einleitung, Markt, Förderung | Beschreibung und Bewertung der Anwendungsfälle | Beschreibung und Bewertung der Geschäfts- und Erlösmodelle | Anbieter und Wertschöpfungskette verfügbarer Lösungen | Vergleich Unternehmen und Produkte | Detaillierte Anbieter- bzw. Unternehmensprofile
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.
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.
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
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.
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.
The increase in households with grid connected Photovoltaic (PV) battery system poses challenge for the grid due to high PV feed-in as a result of mismatch in energy production and load demand. The purpose of this paper is to show how a Model Predictive Control (MPC) strategy could be applied to an existing grid connected household with PV battery system such that the use of battery is maximized and at the same time peaks in PV energy and load demand are reduced. The benefits of this strategy are to allow increase in PV hosting capacity and load hosting capacity of the grid without the need for external signals from the grid operator. The paper includes the optimal control problem formulation to achieve the peak shaving goals along with the experiment set up and preliminary experiment results. The goals of the experiment were to verify the hardware and software interface to implement the MPC and as well to verify the ability of the MPC to deal with the weather forecast deviation. A prediction correction has also been introduced for a short time horizon of one hour within this MPC strategy to estimate the PV output power behavior.
In rural low voltage grid networks, the use of battery in the households with a grid connected Photovoltaic (PV) system is a popular solution to shave the peak PV feed-in to the grid. For a single electricity price scenario, the existing forecast based control approaches together with a decision based control layer uses weather and load forecast data for the on–off schedule of the battery operation. These approaches do bring cost benefit from the battery usage. In this paper, the focus is to develop a Model Predictive Control (MPC) to maximize the use of the battery and shave the peaks in the PV feed-in and the load demand. The solution of the MPC allows to keep the PV feed-in and the grid consumption profile as low and as smooth as possible. The paper presents the mathematical formulation of the optimal control problem along with the cost benefit analysis . The MPC implementation scheme in the laboratory and experiment results have also been presented. The results show that the MPC is able to track the deviation in the weather forecast and operate the battery by solving the optimal control problem to handle this deviation.
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.
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.