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Globale Ereignisse politischen, wirtschaftlichen oder kulturellen Ursprungs führen dazu, dass Unternehmen sich gezwungen sehen zu handeln, um wettbewerbsfähig zu bleiben. In vielen Fällen wird dabei so vorgegangen, dass versteckte Preiserhöhungen vollzogen werden. Auch Unternehmen, die mit ihrem Angebot einen gesellschaftlichen Zusatznutzen erbringen, erhöhen die Preise, da nur so der verfolgte ökologische oder soziale Purpose erhalten werden kann, kommunizieren dies jedoch offen und erhöhen dadurch ihre Kundenloyalität. Dieses Vorgehen ist bislang jedoch überwiegend in den USA zu beobachten. Da das Thema Purpose auch in Deutschland immer höhere Relevanz erfährt, stellt sich die Frage der Übertragbarkeit. Die Forschungsfrage lautet deshalb: Inwiefern beeinflusst die Kommunikation von purpose-getriebenen Preissteigerungen das Markenimage von B2C-Unternehmen in Deutschland? Um der Forschungsfrage nachzugehen, wurde ein empirischer Forschungsansatz gewählt, der in Form einer quantitativen Studie umgesetzt wurde, die die Meinung der Studierendenschaft der Gen Z und Y der Hochschule Offenburg abbildet. Die Ergebnisse der Umfrage zeigten, dass die Glaubwürdigkeit und Akzeptanz von purpose-getriebenen Preiserhöhungen vom gegenwärtigen Markenimage bzw. dem übergeordneten Image einer Branche abhängen. Purpose wird eine hohe Bedeutung zugesprochen, die sich jedoch aufgrund der Preissensibilität der Zielgruppe nicht immer in der Markenwahl widerspiegelt. Dies verdeutlicht, dass Purpose das Potenzial besitzt, das Markenimage nachhaltig zu beeinflussen und zu prägen und die Zielgruppe der Gen Z und Y zukünftig an sich zu binden. Ferner wurde deutlich, dass bei der Umsetzung von Purpose bestimmte Kriterien verfolgt werden sollten, die bei der Kommunikation zu berücksichtigen sind, um eine authentische Wirkung zu erzielen.
Strong security measures are required to protect sensitive data and provide ongoing service as a result of the rising reliance on online applications for a range of purposes, including e-commerce, social networking, and commercial activities. This has brought to light the necessity of strengthening security measures. There have been multiple incidents of attackers acquiring access to information, holding providers hostage with distributed denial of service attacks, or accessing the company’s network by compromising the application.
The Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) has published a comprehensive set of information security principles and standards that can be utilized as a solid basis for the development of a web application that is secure.
The purpose of this thesis is to build and construct a secure web application that adheres to the requirements established in the BSI guideline. This will be done in order to answer the growing concerns regarding the security of web applications. We will also evaluate the efficacy of the recommendations by conducting security tests on the prototype application and determining whether or not the vulnerabilities that are connected with a web application that is not secure have been mitigated.
Modellprädiktive Regelung findet zunehmend Anwendung im industriellen Umfeld. Durch schnellere Computer und optimierte Programmierung ist es heute möglich, rechenintensive Regelalgorithmen in Echtzeit auf Mikrocontrollern zu berechnen. Eine besondere Herausforderung besteht jedoch darin, diese Technologie in der Realität einzusetzen. Weil exakte Kenntnisse über das reale System vorliegen müssen, können geringfügige Modellierungsfehler bei der Prädiktion für lange Prädiktionshorizonte schwerwiegende Folgen haben. Das ist insbesondere der Fall, wenn Systeme instabil sind und zu chaotischem Verhalten neigen.
Diese Arbeit behandelt ein breites Spektrum systemtheoretischer Inhalte und zielt darauf ab, ein reales Furuta-Pendel durch modellprädiktive Regelung in der instabilen Ruhelage zu stabilisieren. Hierfür wird ein mathematisches Modell als Prädiktionsmodell hergeleitet, welches durch verschiedene Systemidentifikationsmethoden spezifiziert und validiert wird. Es werden verschiedene Filter-Techniken wie das Kalman-Filter zur Zustandsschätzung oder das Exponential Moving Average (EMA)-Filter zur Filterung von Sensordaten eingesetzt.
Das Furuta-Pendel ist ein komplexes mechatronisches System. Die Aufgaben dieser Arbeit beschränken sich daher nicht nur auf theoretische Aspekte. Neben der Auslegung elektrischer Bauelemente und Schaltungen werden zusätzliche Sensoren zu einem bestehenden System hinzugefügt und mechanische Anpassungen vorgenommen. Darüber hinaus werden Entscheidungen zur Softwarearchitektur getroffen sowie die gesamte Implementierung auf einem Mikrocontroller durchgeführt.
Trotz intensiver Bemühungen konnte kein Modell gefunden werden, welches die gemessenen Ein- und Ausgangsdaten vergleichbar simulieren kann, sodass es den Anforderungen der modellprädiktiven Regelung entspricht. Stattdessen gelang es während der Systemidentifikationsphase einen Linear Quadratic Regulator (LQR) mit unterlagertem Proportional–Integral (PI) Stromregler als Kaskade zu entwerfen, der sowohl simulativ als auch in der Realität das Pendel stabilisieren kann.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Nutzung von Reinforcement Learning in der Informationsbeschaffungs-Phase eines Penetration Tests. Es werden Kernprobleme in den bisherigen Ansätzen anderer das Thema betreffender wissenschaftlicher Arbeiten analysiert und praktische Lösungsansätze für diese bisherigen Hindernisse vorgestellt und implementiert. Die Arbeit zeigt damit eine beispielhafte Implementierung eines Reinforcement Learning Agenten zur Automatisierung der Informationsbeschaffungs-Phase eines Penetration Tests und stellt Lösungen für existierende Probleme in diesem Bereich dar.
Eingebettet wird diese wissenschaftliche Arbeit in die Anforderungen der Herrenknecht AG hinsichtlich der Absicherung des Tunnelbohrmaschinen-Netzwerks. Dabei werden praktische Ergebnisse des eigen entwickelten Reinforcement Learning Modells im Tunnelbohrmaschinen-Test-Netzwerk der Herrenknecht AG vorgestellt.
"Ad fontes!"
Francesco Petrarca (1301–1374)
In the beginning, there was an idea: the reconstruction of the first "Iron Hand" of the Franconian imperial knight Götz von Berlichingen (1480–1562). We found that with this historical prosthesis, simple actions for daily use, such as holding a wine glass, a mobile phone, a bicycle handlebar grip, a horse’s reins, or some grapes, are possible without effort. Controlling this passive artificial hand, however, is based on the help of a healthy second hand.
In der Marketingstrategie von Event- und Club-Veranstaltern ist eine zielgerichtete Ansprache der Kundschaft unerlässlich, um eine nachhaltige Beziehung zur Zielgruppe aufzubauen und so den geschäftlichen Erfolg zu sichern. Während erhebliche Investitionen in herkömmliche Werbekanäle wie soziale Medien fließen, bleiben diese Plattformen oft ohne Garantie, dass die Werbemittel die relevanten Nutzer erreichen. Die White-Label-App beabsichtigt dieses Problem zu beheben, indem es Veranstaltern ermöglicht wird, eine engagierte Community direkt über die mobile Plattform aufzubauen und mit dieser zielgerichtet zu kommunizieren.
Das Kernziel der Bachelorarbeit ist die prototypische Entwicklung dieser Smartphone-App als individualisierbare und modulare White-Label-Lösung, die präzise auf die Bedürfnisse von Veranstaltern und deren Kunden zugeschnitten ist. Hierbei ist die zentrale Forschungsfrage: Wie kann eine modulare und individualisierbare White-Label-App effizient implementiert werden?
Zur Beantwortung dieser Frage werden auf Basis einer Wettbewerbsanalyse und der gründlichen Bewertung aktueller Best Practices im Bereich der App-Entwicklung verschiedene Aspekte untersucht. Hierzu zählen die Identifikation von möglichen Marktlücken und -chancen, die Eignung verschiedener Technologien und Entwurfsmuster, die Überwindung spezifischer Herausforderungen bei der Implementierung einer White-Label-App und die performante Integration der API.
Um einen praxisorientierten Ansatz zu gewährleisten, werden darüber hinaus verschiedene Kernfunktionalitäten der App beispielhaft implementiert. Dazu gehören Features wie eine Eventübersicht mit Informationen zu Veranstaltungen und ein Ticketingsystem mit Reservierungsmöglichkeiten.
In der Dokumentation dieser Masterthesis wird die Produktion eines zweidimensionalen Platformer-Spiels beschrieben, in dem mit mehreren Fähigkeiten und dem Lösen von diversen Rätseln verschiedene Level durchquert werden können. Zudem wird in dieser Dokumentation anhand einer Tabelle alle möglichen Eingaben zur Tastatur- und Controller-Steuerung gezeigt. Des weiteren wird das gestalterische Konzept dargestellt. Dazu gehört die Beschreibung der Synopsis der in dem Spiel erzählten Geschichte, das Darstellen des Designs der vorkommenden Charaktere und das Beschreiben des Aufbaus und der gestalterischen Intention der verschiedenen Level. Der Fokus in dieser Dokumentation liegt im detaillierten Beschreiben der in dem Spiel vorkommenden Elemente und wie diese in der gewählten Spiele-Engine Godot implementiert wurden. Dazu zählen wie der Spieler-Charakter aufgebaut ist und wie dieser mit den einzelnen Objekten oder anderen Charakteren im Spiel interagieren kann. Zudem wird die Implementierung eines umfangreichen Dialog-Systems mit seinen Bausteinen beschrieben. Des weiteren werden alle weiteren wichtigen Elemente, die das Spiel spielbar machen, erklärt.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Strategien und Ratschläge für die Kosmetikindustrie zu erarbeiten, die es ermöglichen, Influencer Marketing erfolgreich in ihre Marketingkommunikationsstrategie zu integrieren, um die Generation Z effektiv anzusprechen. Dazu werden folgende Leitfragen in dieser Arbeit behandelt:
Was ist Influencer-Marketing und welche Herausforderungen, Chancen und Risiken sind mit Influencer-Marketing verbunden?
Welche Bedeutung hat die Generation Z als Zielgruppe?
Wie gestaltet sich das Kaufverhalten der Generation Z und wie kann es beeinflusst werden?
Welche erfolgreichen Beispiele und erfolgsversprechenden Aspekte gibt es im Influencer-Marketing?
Wie kann Influencer-Marketing in die Marketingkommunikationsstrategie der Kosmetikbranche integriert werden, um die Generation Z erfolgreich anzusprechen?
Basierend auf den Erkenntnissen einer quantitativen Online-Befragung, die an der Medienfakultät der Hochschule Offenburg durchgeführt wurde, lassen sich Implikationen für Unternehmen in der Kosmetikindustrie ableiten. Die Forschungsergebnisse bieten Ansätze dafür, wie die Kosmetikindustrie die Social-Media-Plattformen Instagram und TikTok nutzen kann, um die Generation Z effektiv zu erreichen und ihre Kaufentscheidungen zu beeinflussen.
As the Industry 4.0 is evolving, the previously separated Operational Technology (OT) and Information Technology (IT) is converging. Connecting devices in the industrial setting to the Internet exposes these systems to a broader spectrum of cyber-attacks. The reason is that since OT does not have much security measures as much as IT, it is more vulnerable from the attacker's perspective. Another factor contributing to the vulnerability of OT is that, when it comes to cybersecurity, industries have focused on protecting information technology and less prioritizing the control systems. The consequences of a security breach in an OT system can be more adverse as it can lead to physical damage, industrial accidents and physical harm to human beings. Hence, for the OT networks, certificate-based authentication is implemented. This involves stages of managing credentials in their communication endpoints. In the previous works of ivESK, a solution was developed for managing credentials. This involves a CANopen-based physical demonstrator where the certificate management processes were developed. The extended feature set involving certificate management will be based on the existing solution. The thesis aims to significantly improve such a solution by addressing two key areas that is enhancing functionality and optimizing real-time performance. Regarding the first goal, firstly, an analysis of the existing feature set shall be carried out, where the correct functionality shall be guaranteed. The limitations from the previously implemented system will be addressed and to make sure it can be applied to real world scenarios, it will be implemented and tested in the physical demonstrator. This will lay a concrete foundation that these certificate management processes can be used in the industries in large-scale networks. Implementation of features like revocation mechanism for certificates, automated renewal of the credentials and authorization attribute checks for the certificate management will be implemented. Regarding the second goal, the impact of credential management processes on the ongoing CANopen real-time traffic shall be a studied. Since in real life scenarios, mission-critical applications like Industrial control systems, medical devices, and transportation networks rely on real-time communication for reliable operation, delays or disruptions caused by credential management processes can have severe consequences. Optimizing these processes is crucial for maintaining system integrity and safety. The effect to minimize the disturbance of the credential management processes on the normal operation of the CANopen network shall be characterized. This shall comprise testing real-time parameters in the network such as CPU load, network load and average delay. Results obtained from each of these tests will be studied.
Diese Arbeit widmet sich dem Anleger der aktuellen Maschinengeneration der HEIDELBERG Speedmaster XL 106, diese erreicht eine maximale Druckgeschwindigkeit von 21 000 bedruckten Bögen pro Stunde (Bg/h) und stößt bei einer Bedruckstoffdicke von 0,6 mm an ihre technischen Grenzen. Ein vollautomatisierter Auto-Non-Stopp-Wechsel (ANS-Wechsel) zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Bedruckstoffzufuhr an der Druckmaschine ist bei maximaler Druckgeschwindigkeit von 21 000 Bg/h oberhalb dieser Bedruckstoffdicke nicht mehr möglich. Es besteht die Forderung nach höheren Bedruckstoffdicken bei unverändert maximaler Druckgeschwindigkeit von 21 000 Bg/h und gleichzeitiger Gewährleistung eines sicheren ANS-Wechselvorgangs.
Im Zuge dieser Arbeit wird durch eine Analyse zahlreicher Kundenmaschinen eine präzise Zielsetzung definiert. Eine eingehende Untersuchung des vollautomatischen ANS-Wechselvorgangs zur kontinuierlichen Bedruckstoffversorgung der Druckmaschine folgt. Dieser Wechselprozess wird im Laufe der Arbeit in seine Einflussfaktoren aufgeschlüsselt, die anschließend schrittweise und methodisch bezüglich der Zielsetzung definiert werden. Dabei wird der technische Grenzbereich des aktuellen Systems identifiziert und erweitert. Als Ergebnis gilt es, die betroffenen Komponenten erneut auf ihre Auslegung zu überprüfen, da sie aufgrund dieses erweiterten Grenzbereichs möglicherweise höheren Belastungen ausgesetzt sind. Die Untersuchung zeigt, dass es Situationen gibt, in denen sicherheitsrelevante Komponenten unzulässig stark beansprucht werden. Daher werden Lösungskonzepte vorgestellt, um die geforderten technischen Grenzen und sicherheitstechnischen Anforderungen zu erfüllen.
Though the basic concept of a ledger that anyone can view and verify has been around for quite some time, today’s blockchains bring much more to the table including a way to incentivize users. The coins given to the miner or validator were the first source of such incentive to make sure they fulfilled their duties. This thesis draws inspiration from other peer efforts and uses this same incentive to achieve certain goals. Primarily one where users are incentivised to discuss their opinions and find scientific or logical backing for their standpoint. While traditional chains form a consensus on a version of financial "truth", the same can be applied to ideological truths too. To achieve this, creating a modified or scaled proof of stake consensus mechanism is explored in this work. This new consensus mechanism is a Reputation Scaled - Proof of Stake. This reputation can be built over time by voting for the winning side consistently or by sticking to one’s beliefs strongly. The thesis hopes to bridge the gap in current consensus algorithms and incentivize critical reasoning.
Implementation and Evaluation of an Assisting Fuzzer Harness Generation Tool for AUTOSAR Code
(2024)
The digitalization in vehicles tends to add more connectivity such as over-the-air (OTA) updates. To achieve this digitization, each ECU (Electronic Control Unit) becomes smarter and needs to support more and more different externally available protocols such as TLS, which increases the attack surface for attackers. To ensure the security of a vehicle, fuzzing has proven to be an effective method to discover memory-related security vulnerabilities. Fuzzing the software run- ning on a ECU is not an easy task and requires a harness written by a human. The author needs a deep understanding of the specific service and protocol, which is time consuming. To reduce the time needed by a harness author, this thesis aims to develop FuzzAUTO, the first assistant harness generation tool targeting the AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) BSW (Basic Software) to support manual harness generation.
In dieser Arbeit wird die Identifikation von Trägheitsparametern von Mehrkörpersystemen, am Beispiel eines ein aus vier Segmenten bestehenden Roboterarms untersucht. Es werden verschiedene neuronale Netzarchitekturen zur Identifikation der Trägheitsparameter des Roboterarms exploriert. Als Referenz für das Abschneiden der Ansätze wird ein vorab implementierter numerischer Optimierungsansatz, welcher mittels der Software „Matalb“ umgesetzt wurde, benutzt. Der Ansatz zum Aufstellen der benötigten Bewegungsgleichungen und die Formulierung des Regressionsproblems unterscheidet sich von den in der Literatur verwendeten Ansätzen, und beruht auf einem neu entwickelten Sensorkonzept der Hochschule Offenburg (des Sweaty Labors).
Der numerische Ansatz, insbesondere nach Linearisierung des Problems, erzielte herausragende Ergebnisse und konnte die idealen Parameterwerte präzise identifizieren. Demgegenüber standen die neuronalen Netzwerke, deren Potenzial trotz umfassender Untersuchung verschiedener Architekturen und Ansätze nicht vollends ausgeschöpft werden konnte. Die Resultate zeigen deutlich die Grenzen und Herausforderungen bei der Anwendung maschineller Lernmethoden in der spezifischen Aufgabenstellung der Trägheitsparameteridentifikation auf.
Diese Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen bei der Anwendung neuer Messtechnologien und Berechnungsverfahren in der Robotik. Die überlegene Leistung des numerischen Solvers gegenüber den neuronalen Netzansätzen unterstreicht die Bedeutung weiterer Forschungen in diesem Bereich.
The research employed HPTLC Pro System and other HPTLC instruments from CAMAG® to conduct various laboratory tests, aiming to compile a database for subsequent analyses. Utilizing MATLAB, distinct codes were developed to reveal patterns within analyzed biomasses and pyrolysis oils (sewage sludge, fermentation residue, paper sludge, and wood). Through meticulous visual and numerical analysis, shared characteristics among different biomasses and their respective pyrolysis oils were revealed, showcasing close similarities within each category. Notably, minimal disparity was observed in fermentation residue and wood biomasses with a similarity coefficient of 0.22. Similarly, for pyrolysis oils, the minimal disparity was found in fermentation residues 1 and 3, with a disparity coefficient of 1.41. Despite higher disparity coefficients in certain results, specific biomasses and pyrolysis oils, such as fermentation residue and sewage sludge, exhibited close similarities, with disparity coefficients of 0.18 and 0.55, respectively. The database, derived from triplicate experimentation, now serves as a valuable resource for rapid analysis of newly acquired raw materials. Additionally, the utility of HPTLC PRO as an investigation tool, enabling simultaneous analysis of up to five samples, was emphasized, although areas for improvement in derivatization methods were identified.
Garbage in, Garbage out: How does ambiguity in data affect state-of-the-art pedestrian detection?
(2024)
This thesis investigates the critical role of data quality in computer vision, particularly in the realm of pedestrian detection. The proliferation of deep learning methods has emphasised the importance of large datasets for model training, while the quality of these datasets is equally crucial. Ambiguity in annotations, arising from factors like mislabelling, inaccurate bounding box geometry and annotator disagreements, poses significant challenges to the reliability and robustness of the pedestrian detection models and their evaluation. This work aims to explore the effects of ambiguous data on model performance with a focus on identifying and separating ambiguous instances, employing an ambiguity measure utilizing annotator estimations of object visibility and identity. Through accurate experimentation and analysis, trade-offs between data cleanliness and representativeness, noise removal and retention of valuable data emerged, elucidating their impact on performance metrics like the log average miss-rate, recall and precision. Furthermore, a strong correlation between ambiguity and occlusion was discovered with higher ambiguity corresponding to greater occlusion prevalence. The EuroCity Persons dataset served as the primary dataset, revealing a significant proportion of ambiguous instances with approximately 8.6% ambiguity in the training dataset and 7.3% in the validation set. Results demonstrated that removing ambiguous data improves the log average miss-rate, particularly by reducing the false positive detections. Augmentation of the training data with samples from neighbouring classes enhanced the recall but diminished precision. Error correction of wrong false positives and false negatives significantly impacts model evaluation results, as evidenced by shifts in the ECP leaderboard rankings. By systematically addressing ambiguity, this thesis lays the foundation for enhancing the reliability of computer vision systems in real-world applications, motivating the prioritisation of developing robust strategies to identify, quantify and address ambiguity.
Die Videospielindustrie liefert zahlreiche Spiele, die auf literarischen Werken basieren. Im Vergleich zu anderen Medien werden Videospiele in der Umsetzung von literarischen Werken bisher nur unzureichend erforscht. Daher ist es sinnvoll zu untersuchen, wie Videospiele literarische Vorlagen umsetzen.
Ziel der Arbeit ist es, die verschiedenen Möglichkeiten der Umsetzung literarischer Werke in Videospiele zu ermitteln. Die Forschungsfrage lautet dabei: "Welche verschiedenen Ansätze gibt es, literarische Vorlagen in Videospiele umzusetzen?
Um diese Frage zu beantworten, wurde eine Fallstudie zu vier verschiedenen Videospielen, die auf literarischen Vorlagen basieren, durchgeführt. Dazu wurde eine Kriterienliste mit insgesamt vier Kriterien untersucht, analysiert und bewertet. Die Kriterien beziehen sich hierbei auf das Storytelling, das Worldbuilding, das Character Design und die Game Mechanics in Bezug auf die literarische Vorlage. Aus den einzelnen Ergebnissen der Kriterien wurden anschließend die Ergebnisse des jeweiligen Spiels ermittelt.
Die Ergebnisse der Fallstudie zeigen, dass drei verschiedene Ansätze zur Umsetzung vorliegen. Es handelt sich um Neuinterpretation, um eine Mischform aus Interpretation und Adaption sowie um eine grundlegende Adaption.
Um weitere Erkenntnisse über die verschiedenen Ansätze und mögliche Unterschiede zu erhalten, bedarf es weiterer Forschungen mit anderen auf literarischen Werken basierenden Videospielen.
The growing threat posed by multidrug-resistant (MDR) pathogens, such as Klebsiella pneumoniae (Kp), represents a significant challenge in modern medicine. Traditional antibiotic therapies are often ineffective against these pathogens, leading to high mortality rates. MDR Kp infections pose a novel challenge in military medical contexts, particularly in Medical Biodefense, as they can be deliberately spread, leading to resource-intensive care in military centres. Recognizing this issue, the European Defence Agency initiated a prioritised research project in 2023 (EDF Resilience PHAGE- SGA 2023). To address this challenge, the Bundeswehr Institute of Microbiology (IMB) leads BMBF- (Federal Ministry of Education and Research) and EU-funded projects on the use of bacteriophages as adjuvant therapy alongside antibiotics. Since 2017, the IMB has isolated and characterised Kp phages, collecting over 600 isolates and optimizing their production for therapy, in compliance with the EMA (European Medicine Agency) guidelines. This involves in vitro phage genome packaging to minimize endotoxin load, reduce manufacturing costs, and shorten production times. The goal of this work was to establish MinION sequencing (Oxford Nanopore Technology) as a quick and reliable way for initial identification and characterisation of phage genomes. Especially as a quick screening method for isolated on Kp, prior to more precise but also more expensive and time consuming sequencing methods like Illumina. This characterisation is crucial for developing a personalized pipeline aimed at producing magistral or Good Manufacturing Practice (GMP) quality medicinal phage solutions tailored individually for each patient. DNA extraction methods were compared to identify suitable input DNA for sequencing purposes. Additionally, the quality of this DNA was as- sessed to determine its suitability for in vitro phage packaging, which was successfully done achieving a phage titer of 103, confirming that the DNA used for MinION sequencing could indeed be used for acellular packaging. The created genomes were annotated and compared with Illumina sequencing, revealing high similarity in all five individually tested cases. Between the generated sequences only a 4% maximal percentual difference in genome size was observed, while simultaneously showing high similarity in the actual sequence. Throughout the course of this study, a total of 645.15 GB of sequencing data were generated. In total, 38 phages were successfully characterised, with 21 phage genomes assembled and annotated, and saved in the IMB database.
Entwicklung eines unabhängigen Systems zur Verstellung schiebergesteuerter Werkzeuge im Prozess
(2024)
Die Aufgabenstellung der Arbeit beinhaltete das Ausarbeiten eines unabhängigen Antriebssystems für Werkzeuge mit verstellbaren Schneiden. Hierbei bestand der Antrieb der Werkzeuge bisher aus einem rein mechanischen Anstriebsflansch. Dieser hat durch eine Drehspindel die rotatorische Bewegung der Maschinenspindel zu einer axialen Bewegung der Zugstange umgewandelt. Da die mechanische Drehspindel nicht in jeder Maschinenspindel vorhanden war, konnten die Werkzeuge von LMT Kieninger nur beschränkt eingesetzt werden. Aus diesem Grund sollte ein Antriebssystem entwickelt werden, welches auf jedem Bearbeitungszentrum unabhängig von der Maschinenspindeltechnologie eingesetzt werden konnte.
Für die Entwicklung des unabhängigen Antriebsflansches wurde zunächst eine Marktanalyse durchgeführt. Diese vergleichte bestehende Lösungsansätze auf dem Markt miteinander und untersuchte, welche davon für ein eigenes Lösungskonzept infrage kam. Hierbei wurde insbesondere der Antrieb, der die Bewegung erzeugen sollte, die Übergabe des Steuersignals und die Energieversorgung betrachtet. Ein vielversprechendes Lösungskonzept, das den vorliegenden Anforderungen entsprach, war eine elektrische Antriebsvariante mit einer Akkueinheit und einer Funksteuerung.
Um die elektronischen Komponenten in den bestehenden Antriebsflansch zu integrieren, mussten die Prozessparameter bestimmt werden. Dafür wurde ein Werkzeug als Referenz verwendet, das zum Ausspindeln der Laufflächen von Zylinderbuchsen verwendet wurde. In diesem Werkzeug befanden sich unterschiedliche Bauteile, welche den Mechanismus der Schneidenverschleißkompensation ermöglichten und die Drehbewegung des Antriebsflansches in den Verstellweg der Schneiden umsetzte. Unter Berücksichtigung der Bauteile sowie der vorhandenen Reibung und Verluste ergab sich ein Drehmoment, welches benötigt wurde, um die Schneiden zu verstellen. Nach der rechnerischen Ermittlung des benötigten Drehmoments konnte ein Kompaktantrieb von Maxon vorgeschlagen werden. Dies erfolgte unter Berücksichtigung der Anforderungen an den verfügbaren Bauraum, die Energieversorgung und die Akkueinheit. Dieser Kompaktantrieb bestand aus einem Motor, einem Planetenradgetriebe, einem Hall-Sensor zur Positionsbestimmung sowie einer Steuereinheit.
Die Konstruktion mit den einzelnen Bauteilen konnte nun erstellt werden. Der Konstruktionsprozess wurde durch die schrittweise und aufbauende Integration der Lösungen für die verschiedenen Funktionen des Bauteils systematisch und methodisch umgesetzt. Dabei erfolgte die Umsetzung in einem Modell, wobei jeder Schritt auf den vorherigen Überlegungen und Entscheidungen basierte. Der erste Schritt bestand darin, den Kompaktantrieb, der die Hauptfunktion darstellt, in den Grundkörper mit der HSK-Aufnahme zu integrieren. Anschließend wurden die Nebenfunktionen wie die axiale Lagerung, die Kühlmitteldurchführung und die Anpassung der Flanschgeometrie zur Aufnahme des Werkzeuges implementiert. Im nächsten Schritt wurden die Steuerung und die Akkueinheit als Blackbox positioniert sowie die Kabelkanäle in den Grundkörper konstruiert.
Abschließend wurden für die eigens entwickelten Bauteile technische Zeichnungen erstellt. Auf ihnen wurden alle relevanten technischen Merkmale hinterlegt, die für die Fertigung der Bauteile benötigt wurden. Hierzu gehörten beispielsweise Angaben zum Werkstoff, Toleranzen, Passungen, Oberflächenangaben sowie Form- und Lagetoleranzen. Zudem wurde eine Baugruppenzeichnung erstellt, die die Anordnung der einzelnen Bauteile mit ihrer Stückzahl und Positionsnummer in einer Stückliste klar und deutlich erkennbar machte.
Damit wurde die Neuentwicklung eines unabhängigen Antriebsflansches abgeschlossen und bot einen Einblick in die mögliche Integration eines mechatronischen Antriebs in den Antriebsflansch.
Entwicklung eines Ansatzes zur Validierung von Beckenmodellen in Anlehnung an die ASME V&V-40
(2024)
Die Relevanz von In-silico Studien in der Medizin gewinnt für Ingenieure, Mediziner und Wissenschaftler stetig an Wert. In-silico Studien helfen dabei, kostspielige und zeitaufwendige Kadaverstudien sowie langjährige Ergebnisstudien einzugrenzen. Zum Thema Becken herrschen schon einige Berechnungsmodelle vor, jedoch nicht in dieser Ausführung und in Kombination mit einem Abgleich zu einer Kadaverstudie mit den gleichen Randbedingungen. Ein sehr wichtiger weiterer Bestandteil ist die Verifizierung und Validierung eines solchen Rechenmodells. Da kein Versuch im eigentlichen Raum, dem Körper, sondern in einer Simulationsumgebung stattfindet, muss das Modell verifiziert und validiert werden, um auf gewisse Weise die Glaubwürdigkeit des Modells darzulegen. In dieser Arbeit wurden verschiedene Ansätze zur bestmöglichen Abbildung der Kadaverstudie entwickelt. Die beste Übereinstimmung kam mit dem Modellansatz 3 zustande. Der Modellansatz 3 berücksichtigt die Unterteilung von der Spongiosa zur Kortikalis, die Lendenwirbel L3-L5, das Sacrum und die Ilia zuzüglich der Bandscheiben und der Symphysis pubica mit einem hyperelastischen Materialmodell, alle relevanten Ligamente sowie die verschiedenen Materialeigenschaften für jede einzelne Kortikalis, Spongiosa und der Weichteile aus der Kadaverstudie. Definiert wurde der Modellansatz 3 über die kinematisch nähere Beschreibung der Z-Achsen Sperrung, einer veränderten Krafteinleitung sowie einer Feinjustierung der Ligamenten Steifigkeiten. Aus diesem Modellansatz ging vor allem eine physiologische Kinematik wie auch eine überaus gute Konvergenz an den Markern der Anterior superior iliac spine rechts und links, Sacrum und L5 hervor. Die Verifizierung und Validierung des Rechenmodells wurde anhand der ASME V&V-40 geschaffen. Die dafür entscheidende Question of Interest lautet: Liegen die Stabilität, Belastungen und Verformungen von patientenspezifischen Frakturversorgungen unter standardisierten Lasten? Daraus ergaben sich drei Context of Use, von denen der erste (Context of Use 1: Deformation) im Fokus dieser Arbeit lag. Die Entscheidungskonsequenz sowie das Modellrisiko für den Context of Use und das Modell wurde als Low/Medium eingestuft. Mit Hilfe dieser Einstufung konnten die Model Credibility Factor Goals für das Modell definiert werden. Diese gaben schlussendlich den Grad der Validierung für das bestehende Modell vor.