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RETIS – Real-Time Sensitive Wireless Communication Solution for Industrial Control Applications
(2020)
Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC) has been always a vital component of many industrial applications. The paper proposes a new wireless URLLC solution called RETIS, which is suitable for factory automation and fast process control applications, where low latency, low jitter, and high data exchange rates are mandatory. In the paper, we describe the communication protocol as well as the hardware structure of the network nodes for implementing the required functionality. Many techniques enabling fast, reliable wireless transmissions are used – short Transmission Time Interval (TTI), Time-Division Multiple Access (TDMA), MIMO, optional duplicated data transfer, Forward Error Correction (FEC), ACK mechanism. Preliminary tests show that reliable end-to-end latency down to 350 μs and packet exchange rate up to 4 kHz can be reached (using quadruple MIMO and standard IEEE 802.15.4 PHY at 250 kbit/s).
In der heutigen Zeit sind viele Menschen von Rückenschmerzen betroffen. Besonders in der Industrie, beispielsweise im Bereich der Logistik oder der Produktion, kommt es durch die gesundheitlichen Beschwerden zu Arbeits- und Produktionsausfällen. Um den Beschwerden vorzubeugen, werden Exoskelette entwickelt, die das Muskel-Skelett-System unterstützen.
Exoskelette sind am Körper getragene Assistenzsysteme, die mechanisch auf den Körper einwirken. Insbesondere reduzieren sie den Kompressionsdruck im Bereich des unteren Rückens. In diesem Zusammenhang wird mit der vorliegenden Bachelorarbeit die Entlastung der Lendenwirbel durch den Einfluss von Exoskelett-typischen Kräften, die im Bereich des Brustkorbs und der Oberschenkel wirken, untersucht. Dabei beschränkt sich die Untersuchung auf eine Anhebung, wie beispielsweise die Anhebung einer Kiste.
Mithilfe eines markerbasierten und nicht-invasiven 3D-Aufnahmeverfahrens wird eine Hebebewegung ohne Exoskelett aufgenommen. Die experimentelle Aufnahme wird in der Software OpenSim mit einem computerbasierten Skelettmodell verknüpft. Durch das Hinzufügen von Exoskelett-typischen Kräften, die auf das Skelettmodell beim Anheben wirken, wird die Krafteinwirkung während des Tragens eines Exoskeletts simuliert. Dabei entstehen Drehmomente im unteren Rückenbereich, die in dieser Arbeit analysiert werden.
Die Auswertung des nicht-invasiven Verfahrens liefert die Erkenntnis, dass der Einsatz eines Exoskeletts beim Anheben im Bereich der Lendenwirbel zu einer Verringerung der Drehmomente und somit zu einer Verringerung der Belastung des unteren Rückens führt.
Industrie 4.0 bedeutet nicht nur einen Wandel der technischen Möglichkeiten und Arbeitsbedingungen, sondern auch einen Bedarf an neuen, sich kontinuierlich weiterentwickelnden Kompetenzen und die Bereitschaft der Beschäftigten, Veränderungen mitzugestalten. Spielerische Ansätze der Kompetenzentwicklung können v.a. bei weiterbildungsfernen Mitarbeitern hilfreich sein, um das komplexe Thema verständlich zu vermitteln. Der Beitrag beschreibt ein Seminarkonzept mit integriertem Brettspiel, mit dem Teilnehmer anhand eines fiktiven Unternehmens (Müller GmbH) die Transformation eines Unternehmens in die Industrie 4.0 spielerisch nachvollziehen. Dieses Konzept erweist sich in einer ersten Evaluation als durchaus vielversprechend.
Die Einführung der extrakorporalen Zirkulation unter Verwendung eines medikamentös induzierten Herzstillstands ermöglicht der Herzchirurgie die Herzoperationen, wie sie heute bekannt sind. Eine große Debatte besteht in der optimalen Zusammensetzung und Anwendungsweise der kardioplegischen Lösungen [6]. In der Helios Klinik für Herzchirurgie in Karlsruhe werden die kalte, kristalloide Kardioplegie nach Bretschneider und die modifizierte, kalte Blutkardioplegie nach Calafiore verwendet. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob die Wahl der Kardioplegie Einwirkungen auf den intraoperativen und postoperativen Verlauf einer Bypass-Operation hat.
In der dazu angefertigten Studie wurden die Daten von 135 KHK Patienten retrospektiv erfasst und statistisch analysiert. Darunter wurden 81 Patienten mit der kalten Blutkardioplegie nach Calafiore behandelt und 53 Patienten mit der kristalloiden HTKLösung nach Bretschneider. Die demografischen Daten und Dringlichkeit der Operationen unterscheiden sich nicht signifikant voneinander. Bei den intraoperativen Parametern sind hinsichtlich der Hämoglobin-, Natrium-, und Kaliumkonzentration signifikante Unterschiede erkennbar. Weitere intraoperative Laborwerte zeigen keine Signifikanz. Die intraoperativen Parameter der Myokardprotektionsverfahren unterscheiden sich bezüglich der verabreichten Kardioplegiemenge. Bei postoperativen Parametern sind keine besonderen Signifikanzen notiert.
Die kristalloide Kardioplegie nach Bretschneider wie auch die modifizierte kalte Blutkardioplegie nach Calafiore sind sichere und effektive Verfahren. Einige Unterschiede konnten zugunsten der Blutkardioplegie nach Calafiore gefunden werden, die spezifisch für das jeweilige Verfahren sind. Zwingende Argumente für oder gegen eines dieser Verfahren konnten nicht gefunden werden.
Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Vorstellung und Anwendung von Maßnahmen des Suchmaschinenmarketings, um die Positionierung der Website www.phoenix-biker-tours.de auf den Suchergebnisseiten von Google zu optimieren. Phoenix-Biker-Tours ist ein kleiner Reiseanbieter für geführte Motorradtouren welt-weit. Das Unternehmen verfügt über eine Website, die jedoch bisher für Suchmaschinen nicht optimiert wurde.
Die vorliegende Arbeit „Platform enabled Web - Webanwendungen auf Basis öffentlicher APIs am Beispiel von Facebook und Instagram“ beschäftigt sich mit einer Nische im Bereich der Webanwendungen. Unter Betreuung der Firma „Visual Statements“ wurde eine Webanwendung realisiert, deren Mehrwert ausschließlich auf den öffentlich zugänglichen Schnittstellen der Plattformen Facebook und Instagram basiert. Das Social Media Dashboard erlaubt der Redaktionsabteilung von Visual Statements die exakte Analyse der relevanten Key Perfomance Indikatoren des gesamten Markennetzwerks.
Zu Beginn der Arbeit wurde der Begriff API und die damit in Verbindung stehenden Architekturen des Webs beleuchtet. Es wurde gezeigt, welche wichtigen Konzepte, wie diverse Repräsentationsformate oder Autorisierungsverfahren, eine Basis für zuverlässige und offene Web-APIs bilden. Eigens für diese Arbeit realisierte Minimalbeispiele veranschaulichten die Implementation in der Praxis und machten die aufgezeigten Konzepte zugänglicher.
Anschließend folgte eine Analyse offener Web-APIs und der darauf basierenden Anwendungen im WWW. Eine umfassende Betrachtung der verschiedenen Anwendungsbereiche mit unterschiedlichen Beispielen verdeutlichte die Bedeutung des APIs in einem großen Spektrum diverser Sektoren. Dabei wurde nicht nur der technische Anwendungsbereich untersucht - auch auf Schnittstellen mit dem ökonomischen Sektor und den dortigen Einfluss von APIs wurde eingegangen. Daraufhin wurde erörtert, welchen Nutzen offene APIs in diesen Bereichen haben, welche Hindernisse für eine erfolgreiche Etablierung zu überwinden sind und welche Lösungsansätze hierbei bereits existieren.
Das bekannte Graph API von Facebook, welches die unmittelbare Bezugsquelle aller Informationen darstellt, die für das Social Media Dashboard benötigt wurden, wurde anschließend genau beschrieben. Der Abschnitt zeigte zudem, weshalb Facebook längst nicht mehr nur eine Plattform für den Kommunikationsaustausch ist, sondern vielmehr ein eigenes Ökosystem für Entwickler, Kreative und Unternehmen geschaffen hat. Die immense Menge an zugänglichen Daten, das umfangreiche Angebot an open-source Software und die verschiedenen Initiativen, welche von Facebook als Plattform zur Verfügung gestellt werden, unterstreichen die gemachten Erkenntnisse.
Auf Basis der Möglichkeiten, die dieses Ökosystem zu bieten hat, wurde das Projekt in Zusammenarbeit mit Visual Statemens spezifiziert. So schloss sich die Definition des Anforderungsprofils nahtlos an die Übersicht zu Facebooks Plattform an. Unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien wurde hier das Bild des gewünschten Ergebnisses gezeichnet, welches im folgenden und abschließenden Kapitel umgesetzt wurde. Unter Verwendung von Node.js als serverseitiger Software und einer großen Anzahl eingebundener Module wurde eine funktionsfähige und datenbanklose Webanwendung realisiert, welche sämtliche Informationen aus den offenen APIs von Facebook und Instagram bezieht. Visual Statements besitzt nun ein maßgeschneidertes Tool zur Analyse der Social Media Performance und kann unabhängig von kostenpflichtigen Anbietern auf die wertvollen Informationen zugreifen.
In this paper, we propose a new streaming media service development environment comprising of a streaming media service model, a XML based service specification language and several implementation and configuration management tools. Our approach is based on a high level streaming service specification language, which allows specifying a service in terms of media objects, QoS, and distribution policies. Driven by such a streaming service specification and a streaming component library implemented with Java Media Framework, the required distributed application infrastructure is generated automatically by a service manager. To support flexible instantiation and termination of services as well as change management during runtime, e.g. migration or substitution of streaming components, we introduce instantiation and termination rules, and reconfiguration rules.
Novel manufacturing technologies, such as printed electronics, may enable future applications for the Internet of Everything like large-area sensor devices, disposable security, and identification tags. Printed physically unclonable functions (PUFs) are promising candidates to be embedded as hardware security keys into lightweight identification devices. We investigate hybrid PUFs based on a printed PUF core. The statistics on the intra- and inter-hamming distance distributions indicate a performance suitable for identification purposes. Our evaluations are based on statistical simulations of the PUF core circuit and the thereof generated challenge-response pairs. The analysis shows that hardware-intrinsic security features can be realized with printed lightweight devices.
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).
Die Vision vom "Internet der Dinge" prägt seit Jahren Forschung und Entwicklung, wenn es um smarte Technologien und die Vernetzung von Geräten geht. In der Zukunft wird die reale Welt zunehmend mit dem Internet verknüpft, wodurch zahlreiche Gegenstände (Dinge) des normalen Alltags dazu befähigt werden, zu interagieren und sowohl online als auch autark zu kommunizieren. Viele Branchen wie Medizin, Automobilbau, Energieversorgung und Unterhaltungselektronik sind gleichermaßen betroffen, wodurch trotz Risiken auch neues wirtschaftliches Potential entsteht. Im Bereich "Connected Home" sind bereits Lösungen vorhanden, mittels intelligenter Vernetzung von Haushaltsgeräten und Sensoren, die Lebensqualität in den eigenen vier Wänden zu erhöhen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Thread Protokoll; einer neuen Technologie zur Integration mehrerer Kommunikationsschnittstellen innerhalb eines Netzwerks. Darüber hinaus wird die Implementierung auf Netzwerkebene (Network Layer) vorgestellt, sowie aufbereitete Informationen bezüglich verwendeter Technologien dargestellt.
Für die Prognose von Zeitreihen sind bezüglich der Qualität der Vorhersagen heutzutage neuronale Netze und Deep Learning das Mittel der Wahl. LSTM-Netzwerke etablierten sich dazu als eine gut funktionierende Herangehensweise. 2017 wurde der auf Attention basierende Transformer für die Übersetzung von Sprache vorgestellt. Aufgrund seiner Fähigkeit mit sequenziellen Daten zu arbeiten, ist er auch für Zeitreihenprobleme interessant. Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Vorhersage von Zeitreihen mit einem Transformer. Es wird analysiert, inwiefern sich ein Transformer für Zeitreihenvorhersagen von einem Transformer für Sprachübersetzungen unterscheidet und wie gut die Vorhersagen im Vergleich zu denen eines LSTM-Netzwerkes abschneiden. Dazu werden ein LSTM- und ein Transformer-Netzwerk auf Luftqualitäts- und Wetterdaten in Berlin trainiert, um den Feinstaubgehalt (PM25) in der Luft vorherzusagen. Die Ergebnisse werden mit einem Benchmark-Modell anhand von Evaluationsmetriken verglichen. Anschließend wird evaluiert, wie die Fehler des Transformers reduziert werden können und wie gut der Transformer generalisiert.
Ausgehend von eindimensionalen reibungsfreien Strömungen wird die Bernoulli-Gleichung und die Energiebilanz hergeleitet. Mit der Eulerschen Betrachtungsweise wird der Unterschied zwischen stationären und zeitabhängigen Strömungen verdeutlicht und an zahlreichen Beispielen angewandt. Die zweidimensionalen reibungsfreien und inkompressiblen Strömungen werden mit der Potenzialtheorie behandelt. Die Lösungseigenschaften werden am Beispiel der Zylinderumströmung ohne und mit Zirkulation aufgezeigt.
Gasdynamik
(2004)
Gasdynamik
(2020)
Für kompressible Strömungen werden die Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie hergeleitet. Die Eigenschaften der Stoßgleichungen wie Rankine-Hugoniot-Relation und Rayleigh-Gerade werden betrachtet. Zur Berechnung der Kräfte auf umströmte Körper werden die Auftriebs- und Widerstandsbeiwerte ermittelt. Auf der Basis der Stromfadentheorie wird die Auslegung von Lavaldüsen behandelt. Das physikalische Verhalten linearer Unter- und Überschallströmungen und transsonischer Profilumströmungen wird analysiert.
Die Navier-Stokes Gleichungen bilden mit der Energiegleichung die Basis zur Beschreibung reibungsbehafteter Strömungen. Kennzahlen bilden die Grundlage der Ähnlichkeitsbetrachtungen und Modellgesetze. Lösungen werden für laminare und turbulente Strömungen ermittelt. Der Impulssatz dient zur Berechnung von Kraftwirkungen. Druckverluste bei Durchströmungen und Strömungswiderstände bei Umströmungen werden an Beispielen ermittelt. Die Grenzschichttheorie findet bei hohen Reynoldszahlen Anwendung.
Die Eigenschaften von Fluiden sind zur Beschreibung von Strömungsvorgängen mit den Erhaltungssätzen für Masse, Impuls und Energie notwendig. Für inkompressible Fluide wird die Grenze der Dichteänderung in Abhängigkeit der Machzahl angegeben. Die Rheologie behandelt die Fließeigenschaften der Fluide bei Deformationen in Strömungen. Die Viskosität tritt beim newtonschen Schubspannungsansatz auf. Das Verhalten von Druck und Dichte in der Hydro- und Aerostatik wird beschrieben.
Die Kombination von Reibung und Kompressibilität wird bei der Rohrströmung, der Kugelumströmung und der laminaren und turbulenten Plattengrenzschicht untersucht. Das Auftreten von Verdichtungsstößen führt zur Stoß-Grenzschicht-Interferenz und auf den Tsien-Parameter. Die Mach-Reynoldszahl Ähnlichkeit in der Gasdynamik führt zur Abgrenzung der verschiedenen Strömungsbereiche. Resultate von Windkanaluntersuchungen sowie analytischen und numerischen Berechnungen werden für das Rhombusprofil und das NACA 0012 Profil analysiert.