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- Fakultät Medien und Informationswesen (M+I) (bis 21.04.2021) (42)
- Fakultät Wirtschaft (W) (28)
- ivESK - Institut für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (8)
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Global energy demand is still on an increase during the last decade, with a lot of impact on the climate change due to the intensive use of conventional fossil-based fuels power plants to cover this demand. Most recently, leaders of the globe met in 2015 to come out with the Paris Agreement, stating that the countries will start to take a more responsible and effective behaviour toward the global warming and climate change issues. Many studies have discussed how the future energy system will look like with respecting the countries’ targets and limits of greenhouse gases and their CO2 emissions. However, these studies rarely discussed the industry sector in detail even though it is one of the major role players in the energy sector. Moreover, many studies have simulated and modelled the energy system with huge jumps of intervals in terms of years and environmental goals. In the first part of this study, a model will be developed for the German electrical grid with high spatial and temporal resolutions and different scenarios of it will be analysed meticulously on shorter periods (annual optimization), with different flexibilities and used technologies and degrees of innovations within each scenario. Moreover, the challenge in this research is to adequately map the diverse and different characteristics of the medium-sized industrial sector. In order to be able to take a first step in assessing the relevance of the industrial sector in Germany for climate protection goals, the industrial sector will be mapped in PyPSA-Eur (an open-source model data set of the European energy system at the level of the transmission network) by detailing the demand for different types of industry and assigning flexibilities to the industrial types. Synthetically generated load profiles of various industrial types are available. Flexibilities in the industrial sector are described by the project partner Fraunhofer IPA in the GaIN project and can be used. Using a scenario analysis, the development of the industrial sector and the use of flexibilities are then to be assessed quantitatively.
Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit war es, mit Hilfe einer Studie zu untersuchen, ob mit der am Vorfuß des Schuhs gebogenen Form positiver Einfluss auf die Biomechanik beim Laufen genommen werden kann. Nach Durchführung der markerbasierten Bewegungsana- lyse sowie einer Kraftmessung mittels instrumentiertem Laufband wurden hierzu über die Berechnungen der inversen Dynamik jeweils sowohl die Kinematik als auch die Kinetik der rechten unteren Extremität in der sagittalen Ebene ermittelt.
Sechzehn Versuchspersonen (25,3 ± 2,2 Jahre) absolvierten jeweils eine Laufeinheit von etwa 20 Sekunden Dauer in der Ebene mit einer flachen sowie mit einer am Vorfuß ge- bogenen Carbonfaser-Platte. Die gewählte Laufgeschwindigkeit betrug unabhängig der Bedingung 3,5 m/s. Letztlich konnte am Zehengrundgelenk ein Formeffekt betrachtet werden, wohingegen am Sprunggelenk eine Signifikanz dieses Effekts ausblieb. So war die Kinematik des Zehengrundgelenks in Form einer Reduktion der maximalen Dorsalflexi- on entlang der Stützphase bedeutsam durch die gebogene Form am Vorfuß beeinflusst. Ebenso wurden sowohl das maximale Plantarflexion-Moment als auch die generierte sowie absorbierte Leistung an diesem Gelenk während des Bodenkontaktes bedeutsam reduziert.
Aufgrund der vorliegenden Messergebnisse und des aktuellen Forschungsstandes wurde davon ausgegangen, dass die Reduktion der mechanischen Anforderungen am Zehengrund- gelenk in erster Linie infolge geringerer externer Hebelarme herbeigeführt werden konnten. Im Zusammenhang mit dem reduzierten Netto-Energieverlust wurde schließlich ein gerin- geres aktives Muskelvolumen der intrinsischen Fußmuskulatur vermutet. In Anbetracht des am Sprunggelenk ausgebliebenen Formeffekts deuteten die Daten demgegenüber jedoch nicht auf geringere Anforderungen dieses Gelenks infolge der gebogenen Form am Vorfuß hin. Diesbezüglich wurde vermutet, dass womöglich individuelle Antworten auf die Geome- trie der Mittelsohle in Form von einem aktiveren Abstoßen der Reduktion des externen Hebelarms entgegenwirkten.Nichtsdestotrotz deuteten die erhobenen Daten letztlich auf die Unterstützung der Vorteile einer erhöhten Biegesteifigkeit sowie in Teilen auf einen Ausbau dieser Effekte durch die Geometrie am Vorfuß hin.
Die fischer eco solutions ist Hersteller von HT-PEM Brennstoffzellen und deren Komponenten. Das Herzstück der Brennstoffzellen, die Membran-Elektroden-Einheit MEA, wird auf zwei prinzipiell baugleichen Heißpressen der fischer Maschinentechnik gefertigt. Ziel dieser Arbeit ist es, dass an beiden Pressen die konstant gleiche Qualität produziert werden kann. Außerdem sollen alle relevanten Einflussgrößen und Prozessparameter bei der MEA Herstellung aufgezeigt und optimiert werden.
Es wurden verschiedene Optimierungspotentiale umgesetzt:
• Zunächst werden die Qualitätsunterschiede beider Pressen
mit Hilfe eines Vergleichs-stacks quantitativ ermittelt.
• Die Qualitätsunterschiede sind auf Unterschiede in der
SPS Steuerung zurückzuführen.
• Beide Pressen werden in ihrer Programmierung angepasst
und ein erneuter Teststack validiert die Ursache der
großen Qualitätsunterschiede.
• Stark säurebelastete Bauteile und Baugruppen müssen durch
neue ersetzt werden.
• Mit Hilfe einer Nutzwertanalyse wird eine Material-
substitution der betroffenen Teile durchgeführt und diese
produziert und angebaut.
• Die Prozessparameter bei der MEA Herstellung sind
Presstemperatur T und Presszeit t.
• Mit Hilfe statistischer Versuchsplanung werden Versuche
mit veränderten Parametern durchgeführt.
• Ein Teststack mit 16 verschiedenen Konfigurationen wird
auf einem Teststand getestet.
• Die Auswertung der Versuche erfolgt mit dem
Statistikprogramm MiniTab.
• Mit den optimierten Prozessparametern lässt sich eine
höhere Leistung jeder MEA bei gleichzeitig reduzierter
Zykluszeit und geringerem Energieeinsatz realisieren.
Die urbane Tanzszene umfasst eine große Community aus Tänzern der ganzen Welt. Das Können der Tänzer wird in regelmäßigen Wettbewerben, sogenannten Battles, unter Beweis gestellt. Leider ist es als Außenstehender oder Neuling und selbst als Kenner der Szene mühsam ein Battle zu finden, da diese meist über Privatpersonen geteilt werden und somit nur schwer die Allgemeinheit erreichen. Ebenso ergeht es den Tänzern bei der Suche nach Trainingsorten.
Eine Lösung für dieses Problem soll eine App sein, in der alle Trainingsorte und Battles aufgenommen werden können.
Damit die geeigneten Funktionen ermittelt werden können, wurde eine Analyse der aktuellen Eventplattformen für urbane Tanzevents durchgeführt und ein lösungsorientiertes Konzept für die Problematiken der Wettbewerbs- und Trainingsortsuche entwickelt.
Um die App realisieren zu können, wurden verschiedene Arten von Apps betrachtet und die Cross-Platform Entwicklungart gewählt. Für diese Entwicklungsart wurden mehrere Frameworks beleuchtet und Flutter als geeignetes Framework ausgesucht.
Ein Teil des Konzeptes wurde in ein nutzerorientiertes Design umgewandelt aus dem ein klickbarer Prototyp entstanden ist. Dieser Prototyp wurde von potentiellen Nutzern auf die Probe gestellt und anschließend verbessert.
Für die Umsetzung des Designs wurde sich in das Framework Flutter eingearbeitet und eine grundlegende Architektur für die App mithilfe des State Management Systems BLoC angelegt sowie einige Funktionen aus dem Konzept umgesetzt.
Das Thema Elektromobilität wird immer wichtiger, was unter anderem durch den Ausbau eines kabelgebunden Ladenetzes deutlich wird. Aber auch die Entwicklung berührungsloser Ladetechnologien schreitet voran. So existieren bereits zahlreiche Projekte, die das Laden von Elektrofahrzeugen untersuchen. Untersucht wird hierbei das induktive statische sowie induktive dynamische Laden. In Norwegen, als einer der am schnellsten wachsenden Märkte in Bezug auf die Elektromobilität, wurde im Rahmen dieser Entwicklungsarbeit im Jahr 2020 ein Projekt initiiert, welches das berührungslose Laden mittels Induktion in der Praxis untersucht.
Da die Elektromobilität auch regional ein wichtiges Thema ist und weiter voran gebracht wird, brachte das Induktionsprojekt aus Norwegen den Anstoß, ein derartiges Vorhaben in Offenburg zu initiieren. Ziel des Vorhabens ist dabei, an Taxiständen am Offenburger Bahnhof eine Infrastruktur für induktiv ladbare Taxen aufzubauen, damit Elektro-Taxen während sie auf Kunden warten, kabellos aufgeladen werden können. Da die Durchführung eines solchen Projekts möglicherweise sehr teuer ist, ist es sinnvoll zunächst zu überprüfen, ob einem derartigen Vorhaben etwas im Wege steht.
Daher ist das Ziel der vorliegenden Arbeit im Rahmen einer vorläufigen Machbarkeitsstudie die Frage zu erörtern, ob das Induktionsprojekt am Standort Offenburg eine detaillierte Machbarkeitsstudie rechtfertigt oder nicht und aufzuzeigen, welche noch zu klärenden Punkte es gibt.
Aus diesem Grund wurden sechs Bereiche einer Machbarkeitsstudie zur Analyse ausgewählt. Dabei wurden unter anderem die Themen Standortanalyse, Stakeholderanalyse oder die Technische Machbarkeit bearbeitet. Zur Veranschaulichung des Schwerpunkts des jeweiligen Analysebereichs, wurde zu Beginn jeden Analysebereichs eine oder mehrere Leitfragen gestellt. Weiterhin erfolgte eine Maßnahmenplanung, die den Erfolg des Projekts fördern könnte.
Das Ergebnis der vorläufigen Machbarkeitsstudie zeigt, dass keine Notwendigkeit zu einer detaillierten Machbarkeitsstudie besteht. Stattdessen könnte das Projekt direkt in die Projektvorbereitungs- bzw. Planungsphase übergehen, da über die wichtigsten Analysebereiche ausreichend Informationen gewonnen werden konnten und zu klärende Fragen aufgezeigt wurden. In einem nächsten Schritt könnte nun die konkrete Öffentlichkeitsarbeit und die Umsetzung der Maßnahmen durchgeführt werden.
Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema der Progressive Web App, dabei wird auf die Entwicklung und das Wirtschaftliche Potential eingegangen. Die Arbeit kann als Hilfestellung bei der Entscheidung, ob eine Progressive Web App in einem Unternehmen eingesetzt werden soll, dienen.
Among the billions of smartphone users in the world, Android still holds more than 80% of the market share. The applications which the users install have a specific set of features that need access to some device functionalities and sensors that may hold sensitive information about the user. Therefore, Android releases have set permission standards to let the user know what information is being disclosed to the application. Along with other security and privacy improvements, significant changes to the permission scheme are introduced with the Android 6.0 version (API level 23). In this master thesis, the Android permission scheme is tested on two devices from different eras. The evolution of Android over the years is examined in terms of confidentiality. For each device, two applications are built; one focused on extracting every piece of information within the confidentiality scope with every permission declared and/or requested, and the other app focused on getting this type of information without user notification. The resulting analysis illustrates whether how and in what way the Android permission scheme declined or improved over time.
Threat Modeling is a vital approach to implementing ”Security by Design” because it enables the discovery of vulnerabilities and mitigation of threats during the early stage of the Software Development Life Cycle as opposed to later on when they will be more expensive to fix. This thesis makes a review of the current threat Modeling approaches, methods, and tools. It then creates a meta-model adaptation of a fictitious cloud-based shop application which is tested using STRIDE and PASTA to check for vulnerabilities, weaknesses, and impact risk. The Analysis is done using Microsoft Threat Modeling Tool and IriusRisk. Finally, an evaluation of the results is made to ascertain the effectiveness of the processes involved with highlights of the challenges in threat modeling and recommendations on how security developers can make improvements.
Unternehmen verfolgen seit Jahren das Ziel, Marketingkampagnen online zur Vermarktung ihrer Produkte einzusetzen. Um einen wachsenden Umsatz zu generieren, greifen sie insbesondere auf das E-Mail-Marketing und Newsletter als Instrument zurück. Viele lassen dabei allerdings trotz der regelmäßigen Versendung von E-Mails Optimierungsbedarf entstehen. Daher ist es notwendig zu verstehen, wie solche Newsletter-Kampagnen konzipiert sind und wie sie funktionieren.
Das Ziel in der vorliegenden Arbeit ist es zu beantworten, welche Faktoren für eine gelungene Kampagne beachtet werden sollten und aus diesen einen übersichtlichen Leitfaden zu generieren. Dazu wird die folgende Forschungsfrage gestellt: Inwiefern kann das E-Mail-Marketing und der Newsletter genutzt werden, um die B2C Ziele des Unternehmens erfolgreich zu erfüllen und gleichzeitig die Empfänger und Empfängerinnen zufrieden zu stellen?
Um die Forschungsfrage zu beantworten, wurde eine Literaturrecherche sowie eine qualitative Studie in Form eines Experteninterviews durchgeführt. Die theoretische Literaturrecherche unter-suchte, welche Kriterien bei den jeweiligen Prozessschritten erfüllt sein müssen, damit diese den Nutzenden zufriedenstellt. In der qualitativen Studie waren den teilnehmenden Fachleuten offene Fragen zum E-Mail-Marketing Prozess gestellt worden, die im Anschluss ausgewertet wurden. Dadurch wurden die vorab gewonnenen Kenntnisse auf ihre Anwendbarkeit in der Praxis validiert.
Die Recherche und Interview-Aussagen zeigen, dass die Erfolgsfaktoren in allen Prozessschritten verteilt liegen. Besonders die Planung und die Konzeption der Werbemittel haben einen großen Anteil an der Zufriedenheit von Empfangenden Personen. Neben der Einhaltung der Gesetzlage liegt der Fokus auf einer unternehmensspezifischen Zielsetzung und einer umfangreichen Ziel-gruppenanalyse. Adressen variieren in der Qualität und können unterschiedlich generierbar sein. Sie sollten vor der Nutzung und unabhängig von dem Ursprung validiert werden. Bei der Gestal-tung empfiehlt sich der Einsatz von interessanten Texten, emotionalen Bildern und gut platzierten Call-to-Actions. Die Nutzung einer Personalisierung und Individualisierung erhöht die Aufmerksam-keit und die E-Mail sollte abschließend getestet werden. Grundsätzlich muss für eine inhaltliche Relevanz für den Nutzenden gesorgt sein. Hinsichtlich des Versands sollten Frequenz und Zeit-punkt an die individuellen Zielgruppen angepasst werden. Der Einsatz einer Blacklist vor dem Ver-sand und die Aufnahme in eine Whitelist führen beide zu einer verbesserten Resonanz auf Kun-denseite. Ein erfolgreiches Controlling besteht, neben der Vielzahl an Kennzahlen, vor allem aus einem transparenten Tracking dieser. Nur durch ein Zusammenspiel beider kann die Zielerreichung realistisch betrachtet werden. Die regelmäßige Bereinigung des Adressverteilers von Abmeldern und nicht erreichbaren Adressen, sowie das zielgerichtete Anschreiben von Nicht-Reagierern er-höhen die Performance. Software wirkt dabei unterstützend und sollte genutzt werden
Weiterführende Forschung im E-Mail-Marketing Marketings für Newsletter könnte auf eine noch genauere Betrachtung des Controllings oder der Zielgruppenanalyseausgerichtet sein.
The transition from college to university can have a variety of psychological effects on students who need to cope with daily obligations by themselves in a new setting, which can result in loneliness and social isolation. Mobile technology, specifically mental health apps (MHapps), have been seen as promising solutions to assist university students who are facing these problems, however, there is little evidence around this topic. My research investigates how a mobile app can be designed to reduce social isolation and loneliness among university students. The Noneliness app is being developed to this end; it aims to create social opportunities through a quest-based gamified system in a secure and collaborative network of local users. Initial evaluations with the target audience provided evidence on how an app should be designed for this purpose. These results are presented and how they helped me to plan the further steps to reach my research goals. The paper is presented at MobileHCI 2020 Doctoral Consortium.
Social Haptic Communication (SHC) is one of the many tactile modes of communication used by persons with deafblindness to access information about their surroundings. SHC usually involves an interpreter executing finger and hand signs on the back of a person with multi-sensory disabilities. Learning SHC, however, can become challenging and time-consuming, particularly to those who experience deafblindness later in life. In this work, we present PatRec: a mobile game for learning SHC concepts. PatRec is a multiple-choice quiz game connected to a chair interface that contains a 3x3 array of vibration motors emulating different SHC signs. Players collect scores and badges whenever they guess the right SHC vibration pattern, leading to continuous engagement and a better position on a leaderboard. The game is also meant for family members to learn SHC. We report the technical implementation of PatRec and the findings from a user evaluation.
Loneliness, an emotional distress caused by the lack of meaningful social connections, has been increasingly affecting university students who need to deal with everyday situations in a new setting, especially those who have come from abroad. Currently there is little work on digital solutions to reduce loneliness. Therefore, this work describes the general design considerations for mobile apps in this context and outlines a potential solution. The mobile app Noneliness is used to this end: it aims to reduce loneliness by creating social opportunities through a quest-based gamified system in a secure and collaborative network of local users. The results of initial evaluations with the target audience are described. The results informed a user interface redesign as well as a review of the features and the gamification principles adopted.
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit den Marketing-Kommunikationsstrategien im zweiseitigen Markt am Beispiel einer Immobilienplattform.
Das primäre Ziel dieser Arbeit besteht darin, auf Grundlage der Netzwerkeffekte im zweiseitigen Markt und durch Anwendung von Onlinemarketingmaßnahmen die Positionierung der Plattform Immobilien Rith in den Internetsuchergebnissen zu optimieren.
Das hier vorgestellte System verbindet das neue Konzept der Peer-to-Peer-Navigation mit dem Einsatz von Augmented Reality zur Unterstützung von bettseitig durchgeführten externen Ventrikeldrainagen. Das sehr kompakte und genaue Gesamtsystem beinhaltet einen Patiententracker mit integrierter Kamera, eine Augmented-Reality-Brille mit Kamera und eine Punktionsnadel bzw. einen Pointer mit zwei Trackern, mit dessen Hilfe die Anatomie des Patienten aufgenommen wird. Die exakte Position und Richtung der Punktionsnadel wird unter Zuhilfenahme der aufgenommenen Landmarken berechnet und über die Augmented-Reality-Brille für den Chirurgen sichtbar auf dem Patienten dargestellt. Die Methode zur Kalibrierung der statischen Transformationen zwischen Patiententracker und daran befestigter Kamera beziehungsweise zwischen den Trackern der Punktionsnadel sind für die Genauigkeit sehr wichtig und werden hier vorgestellt. Das Gesamtsystem konnte in vitro erfolgreich getestet werden und bestätigt den Nutzen eines Peer-to-Peer-Navigationssystems.
Physically Unclonable Functions (PUFs) are hardware-based security primitives, which allow for inherent device fingerprinting. Therefore, intrinsic variation of imperfect manufactured systems is exploited to generate device-specific, unique identifiers. With printed electronics (PE) joining the internet of things (IoT), hardware-based security for novel PE-based systems is of increasing importance. Furthermore, PE offers the possibility for split-manufacturing, which mitigates the risk of PUF response readout by third parties, before commissioning. In this paper, we investigate a printed PUF core as intrinsic variation source for the generation of unique identifiers from a crossbar architecture. The printed crossbar PUF is verified by simulation of a 8×8-cells crossbar, which can be utilized to generate 32-bit wide identifiers. Further focus is on limiting factors regarding printed devices, such as increased parasitics, due to novel materials and required control logic specifications. The simulation results highlight, that the printed crossbar PUF is capable to generate close-to-ideal unique identifiers at the investigated feature size. As proof of concept a 2×2-cells printed crossbar PUF core is fabricated and electrically characterized.
Printed electronics (PE) offers flexible, extremely low-cost, and on-demand hardware due to its additive manufacturing process, enabling emerging ultra-low-cost applications, including machine learning applications. However, large feature sizes in PE limit the complexity of a machine learning classifier (e.g., a neural network (NN)) in PE. Stochastic computing Neural Networks (SC-NNs) can reduce area in silicon technologies, but still require complex designs due to unique implementation tradeoffs in PE. In this paper, we propose a printed mixed-signal system, which substitutes complex and power-hungry conventional stochastic computing (SC) components by printed analog designs. The printed mixed-signal SC consumes only 35% of power consumption and requires only 25% of area compared to a conventional 4-bit NN implementation. We also show that the proposed mixed-signal SC-NN provides good accuracy for popular neural network classification problems. We consider this work as an important step towards the realization of printed SC-NN hardware for near-sensor-processing.
Data Science
(2021)
Know-how für Data Scientists
• Übersichtliche und anwendungsbezogene Einführung
• Zahlreiche Anwendungsfälle und Praxisbeispiele aus unterschiedlichen Branchen
• Potenziale, aber auch mögliche Fallstricke werden aufgezeigt
Data Science steht derzeit wie kein anderer Begriff für die Auswertung großer Datenmengen mit analytischen Konzepten des Machine Learning oder der künstlichen Intelligenz. Nach der bewussten Wahrnehmung der Big Data und dabei insbesondere der Verfügbarmachung in Unternehmen sind Technologien und Methoden zur Auswertung dort gefordert, wo klassische Businss Intelligence an ihre Grenzen stößt.
Dieses Buch bietet eine umfassende Einführung in Data Science und deren praktische Relevanz für Unternehmen. Dabei wird auch die Integration von Data Science in ein bereits bestehendes Business-Intelligence-Ökosystem thematisiert. In verschiedenen Beiträgen werden sowohl Aufgabenfelder und Methoden als auch Rollen- und Organisationsmodelle erläutert, die im Zusammenspiel mit Konzepten und Architekturen auf Data Science wirken.
Diese 2., überarbeitete Auflage wurde um neue Themen wie Feature Selection und Deep Reinforcement Learning sowie eine neue Fallstudie erweitert.
Achieving Positive Hospitality Experiences through Technology: Findings from Singapore and Malaysia
(2021)
Customers’ experience is one of the most impactful factors in the tourism industry. Only by offering customers an excellent experience is it possible to build and ensure long-term customer loyalty. In today’s world, technology plays a key role in providing customers with an excellent customer experience. This study has the objective of analyzing how a positive customer experience can be achieved, and which technologies are necessary to ensure this. Results were collected through a literature review, and qualitative interviews with managers of selected hotels, as well as of attractions in Malaysia and Singapore. The analysis of these hotels and attractions is based on a set of criteria to determine the extent of the adoption of the new standards that contribute to positive online customer experiences. As a conclusion, different perspectives are compared, and positive and negative aspects of the use of modern technologies in the tourism industry are specified and discussed.
Strategische Analysetechniken ermöglichen langfristig eine strukturierte Erfassung unternehmensinterner Ressourcen in Ausrichtung auf den Markt. Die hier beschriebenen Basis-Techniken umfassen das Produkt-Lebenszyklusanalyse-Modell, verschiedene Typen der Portfolio-Analyse, die Wertketten-Analyse und die SWOT-Analyse. Diese Techniken unterstützen das Marketing-Controlling, Geschäftsfeld- und Marktanalysen für das Management zu erstellen und strategische Handlungsoptionen abzuleiten.
In diesem einführenden Kapitel geben die Autoren einen Überblick über die Entstehung des Marketing-Controllings, dessen Aufgaben, organisatorische Einbindung in das Unternehmen sowie dessen strategische und operative Ausprägungen. Zudem werden die einzelnen Beiträge dieses Handbuches im Zusammenhang vorgestellt.
Produkt-Controlling
(2021)
Zentraler Baustein des Marketing ist die „facettenreiche“ Produktpolitik. Im nachstehenden Beitrag wird zunächst die Einordnung der Produktpolitik in den Zielkatalog des Marketing und des Unternehmens skizziert. Das Produkt-Controlling wird verstanden als zielgerichtete Unterstützung der Managementaufgaben im Kontext der Produktpolitik mittels passender Instrumente – Instrumente, die der Phase der Produktentstehung wie der Marktzyklusphase zuzuordnen sind. Erkennbar wird: es gibt ein umfangreiches Set an Methoden, die das Marketing-Management unterstützen und die Sicherstellung der Marketing-Effektivität und Marketing-Effizienz gewährleisten. Die Komplexität des Produkt-Controllings bedingt sich auch durch den ausreichenden Einbezug preis-, qualitäts- und markenpolitischer Informationen in die Zielkontrolle.
UAVs (engl. Unmanned Aerial Vehicles) sind in den vergangenen Jahren auch außerhalb militärischer und wissenschaftlicher Nutzung beliebter geworden. Für autonome Fluganwendungen ist die Überwachung der Umgebung zwingend notwendig. In dieser Arbeit wird ein experimenteller Ansatz zur Hinderniserkennung mit Radar- und Lidarsensorik präsentiert. Dieser setzt sich aus der Kollisionsvermeidung der Flugsteuerung px4, einem Nvidia Jetson TX2 als Flugbegleitcomputer und den Sensoren Slamtec RPLidar A2M6 und Texas Instruments AWR1443 Radar zusammen. Insgesamt wurden drei verschiedene Hardwarekomponenten getestet. Zur Auswertung der Versuche wird eine durch Python OS-unabhängige Auswertesoftware entwickelt und implementiert. Die Versuchsplanung setzt sich aus drei Versuchen mit jeweils fünf in Geometrie und Textur unterschiedlichen Hindernissen zusammen. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der eingesetzte Lidar gegenüber dem Radar Vorteile auf kurze Distanz aufweist. Zur Reproduzierbarkeit von Experimenten auf kurzer Distanz wird die Entwicklung eines fixen Messaufbaus empfohlen.
The identification of vulnerabilities is an important element of the software development process to ensure the security of software. Vulnerability identification based on the source code is a well studied field. To find vulnerabilities on the basis of a binary executable without the corresponding source code is more challenging. Recent research has shown how such detection can be performed statically and thus runtime efficiently by using deep learning methods for certain types of vulnerabilities.
This thesis aims to examine to what extent this identification can be applied sufficiently for a variety of vulnerabilities. Therefore, a supervised deep learning approach using recurrent neural networks for the application of vulnerability detection based on binary executables is used. For this purpose, a dataset with 50,651 samples of 23 different vulnerabilities in the form of a standardised LLVM Intermediate Representation was prepared. The vectorised features of a Word2Vec model were then used to train different variations of three basic architectures of recurrent neural networks (GRU, LSTM, SRNN). For this purpose, a binary classification was trained for the presence of an arbitrary vulnerability, and a multi-class model was trained for the identification of the exact vulnerability, which achieved an out-of-sample accuracy of 88% and 77%, respectively. Differences in the detection of different vulnerabilities were also observed, with non-vulnerable samples being detected with a particularly high precision of over 98%. Thus, the methodology presented allows an accurate detection of vulnerabilities, as well as a strong limitation of the analysis scope for further analysis steps.
Über zwei Jahrzehnte hat sich an der Hochschule Offenburg im Umfeld von Professor Elmar Bollin eine Forschungsgruppe etabliert, die die Bereiche Gebäudeautomation und nachhaltige Energietechnik zusammenführten. Anfänglich ging es darum die Potenziale der internetbasierten Wetterprognostik und modell-basierten Anlagensteuerung für die Verbesserung des Komforts und der Energieeffizienz im Gebäude zu nutzen. Im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mit Einsatz von dynamischen Gebäudesimulationen konnte schließlich ein Algorithmus gefunden werden, der es ermöglichte auf Basis von prognostizierter Außentemperatur und Sonneneinstrahlung den Energiebedarf eines Bürogebäudes für den Folgetag vorherzusagen. In Verbindung mit der Gebäudeautomation entstand so die adaptive und prädiktive TABS-Steuerung AMLR.
This book constitutes the refereed proceedings of the 21st International TRIZ Future Conference on Automated Invention for Smart Industries, TFC 2021, held virtually in September 2021 and sponsored by IFIP WG 5.4.
The 28 full papers and 8 short papers presented were carefully reviewed and selected from 48 submissions. They are organized in the following thematic sections: inventiveness and TRIZ for sustainable development; TRIZ, intellectual property and smart technologies; TRIZ: expansion in breadth and depth; TRIZ, data processing and artificial intelligence; and TRIZ use and divulgation for engineering design and beyond.
Chapter ‘Domain Analysis with TRIZ to Define an Effective “Design for Excellence’ is available open access under a Creative Commons Attribution 4.0 International License via link.springer.com.
Sustainable chemical processes should be designed to combine the technological advantages and progress with lower safety risks and minimization of environmental impact such as, for example, reduction of raw materials, energy and water consumption, and avoidance of hazardous waste and pollution with toxic chemical agents. A number of novel eco-friendly chemical technologies have been developed in the recent decades with the help of the eco-innovations approaches and methods such as Life Cycle Analysis, Green Process Engineering, Process Intensification, Process Design for Sustainability, and others. An emerging approach to the sustainable process design in process engineering builds on the innovative solutions inspired from nature. However, the implementation of the eco-friendly technologies often faces secondary ecological problems. The study postulates that the eco-inventive principles identified in natural systems allow to avoid secondary eco-problems and proposes to apply these principles for sustainable design in chemical process engineering. The research work critically examines how this approach differs from the biomimetics, as it is commonly used for copying natural systems. The application of nature-inspired eco-design principles is illustrated with an example of a sustainable technology for extraction of nickel from pyrophyllite.
The proposed method includes identification and documentation of the elementary TRIZ inventive principles from the TRIZ body of knowledge, extension and enhancement of inventive principles by patents and technologies analysis, avoiding overlapping and redundant principles, classification and adaptation of principles to at least following categories such as working medium, target object, useful action, harmful effect, environment, information, field, substance, time, and space, assignment of the elementary inventive principles to the at least following underlying engineering domains such as universal, design, mechanical, acoustic, thermal, chemical, electromagnetic, intermolecular, biological, and data processing. The method includes classification of abstraction level of the elementary principles, definition of the statistical ranking of principles for different problem types, and specific engineering or non-technical domains, definition of strategies for selection of principles sets with high solution potential for predefined problems, automated semantic transformation of the elementary inventive principles into solution ideas, evaluation of automatically generated ideas and transformation of ideas to innovation or inventive concepts.
Energiemanagement im Betrieb
(2021)
Über zwei Jahrzehnte hat sich an der Hochschule Offenburg eine Forschungsgruppe etabliert, die die beiden Bereiche Gebäudeautomation und nachhaltige Energietechnik zusammenführte. Anfangs ging es darum, Potentiale der internetbasierten Wetterprognostik und modell-basierten Anlagensteuerung für die Verbesserung des Komforts und der Energieeffizienz im Gebäude zu nutzen. Im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mit Einsatz von dynamischen Gebäudesimulationen konnte ein Algorithmus gefunden werden, der es ermöglichte auf Basis von prognostizierter Außentemperatur und Sonneneinstrahlung den Energiebedarf eines Bürogebäudes für den Folgetag vorherzusagen. In Verbindung mit der Gebäudeautomation entstand so die adaptive und prädiktive TABS-Steuerung AMLR.
Dieses Fachbuch gibt einen vertieften Einblick in das dynamische Verhalten von thermoaktiven Bauteilsystemen. Es wird eine neu entwickelte und vielfach erprobte, selbstlernende und vorausschauende TABS-Steuerung vorgestellt. Dazu wird auf die Erfordernisse einer effektiven TABS-Steuerung eingegangen und die Grundlagen und Funktionsweise der neu entwickelten AMLR-Steuerung erläutert. Anhand mehrerer Anwendungsbeispiele wird die Umsetzung in die bauliche Praxis erläutert und mit Hilfe von umfangreichen Messergebnissen die Funktion der neuen AMLR-Steuerung nachgewiesen. Abschließend werden Empfehlungen für die Anwendung von AMLR in der baulichen TABS-Praxis hinsichtlich Anlagenhydraulik und Umsetzung in der Gebäudeautomation gegeben.
The paper describes the implementation of practical laboratory settings in a virtual environment. With the entry of VR glasses into the mass market, there is a chance to establish educational and training applications for displaying some teaching materials and practical works. Therefore our project focuses on the realization of virtual experiments and environments, which gives users a deep insight into selected subfields of Optics and Photonics. Our goal is not to substitute the hand on experiments rather to extend them. By means of VR glasses, the user is offered the possibility to view the experiment from several angles and to make changes through interactive control functions. During the VR application, additional context-related information is displayed. By using object recognition, the specific graphics and texts for the respective object are loaded and supplemented at the appropriate place. Thus, complex facts are supported in an informative way. The prototype is developed using the Unity Engine and can thus be exported to different platforms and end devices. Another major advantage of virtual simulations to the real situation is the high degree of controllability as well as the easy repeatability. With slight modifications, entire experiments can be reused. Our research aims to acquire new knowledge in the field of e-learning in association with VR technology. Here we try to answer a core question of the compatibility of the individual media components.
Increasing power density causes increased self-generation of harmonics and intermodulation. As this leads to violations of the strict linearity requirements, especially for carrier aggregation (CA), the nonlinearity must be considered in the design process of RF devices. This raises the demand of accurate simulation models. Linear and nonlinear P-Matrix/COM models are used during the design due to their fast simulation times and accurate results. However, the finite element method (FEM) is useful to get a deeper insight in the device's nonlinearities, as the total field distributions can be visualized. The FE method requires complete sets of material tensors, which are unknown for most relevant materials in nonlinear micro-acoustics. In this work, we perform nonlinear FEM simulations, which allow the calculation of nonlinear field distributions of a lithium tantalate based layered SAW system up to third order. We aim at achieving good correspondence to measured data and determine the contributions of each material layer to the nonlinear signals. Therefore, we use approximations circumventing the issue of limited higher order tensor data. Experimental data for the third order nonlinearity is shown to validate the presented approach.
Surface acoustic waves are propagated toward the edge of an anisotropic elastic medium (a silicon crystal), which supports leaky waves with a high degree of localization at the tip of the edge. At an angle of incidence corresponding to phase matching with this leaky wedge wave, a sharp peak in the reflection coefficient of the surface wave was found. This anomalous reflection is associated with efficient excitation of the leaky wedge wave. In laser ultrasound experiments, surface acoustic wave pulses were excited and their reflection from the edge of the sample and their partial conversion into leaky wedge wave pulses was observed by optical probe-beam deflection. The reflection scenario and the pulse shapes of the surface and wedge-localized guided waves, including the evolution of the acoustic pulse traveling along the edge, have been confirmed in detail by numerical simulations.
Properties of higher-order surface acoustic wave modes in Al(1-x)Sc(x)N / sapphire structures
(2021)
In this work, surface acoustic wave (SAW) modes and their dependence on propagation directions in epitaxial Al0.68Sc0.32N(0001) films on Al2O3(0001) substrates were studied using numerical and experimental methods. In order to find optimal propagation directions for higher-order SAW modes, phase velocity dispersion branches of Al0.68Sc0.32N on Al2O3 with Pt mass loading were computed for the propagation directions <11-20> and <1-100> with respect to the substrate. Experimental investigations of phase velocities and electromechanical coupling were performed for comparison with the numerical results. Simulations carried out with the finite element method (FEM) and with a Green function approach allowed identification of each wave type, including Rayleigh, Sezawa and shear horizontal wave modes. For the propagation direction <1-100>, significantly increased wave guidance of the Sezawa mode compared to other directions was observed, resulting in enhanced electromechanical coupling (k2eff = 1.6 %) and phase velocity (vphase = 6 km/s). We demonstrated, that selecting wave propagation in <1-100> with high mass density electrodes results in increased electromechanical coupling without significant reduction in phase velocities for the Sezawa wave mode. An improved combination of metallization, Sc concentration x, and SAW propagation direction is suggested which exhibits both high electromechanical coupling (k2eff > 6 %) and high velocity (vphase = 5.5 km/s) for the Sezawa mode.
Cryptographic protection of messages requires frequent updates of the symmetric cipher key used for encryption and decryption, respectively. Protocols of legacy IT security, like TLS, SSH, or MACsec implement rekeying under the assumption that, first, application data exchange is allowed to stall occasionally and, second, dedicated control messages to orchestrate the process can be exchanged. In real-time automation applications, the first is generally prohibitive, while the second may induce problematic traffic patterns on the network. We present a novel seamless rekeying approach, which can be embedded into cyclic application data exchanges. Although, being agnostic to the underlying real-time communication system, we developed a demonstrator emulating the widespread industrial Ethernet system PROFINET IO and successfully use this rekeying mechanism.
It is important to minimize the unscheduled downtime of machines caused by outages of machine components in highly automated production lines. Considering machine tools such as, grinding machines, the bearing inside of spindles is one of the most critical components. In the last decade, research has increasingly focused on fault detection of bearings. In addition, the rise of machine learning concepts has also intensified interest in this area. However, up to date, there is no single one-fits-all solution for predictive maintenance of bearings. Most research so far has only looked at individual bearing types at a time.
This paper gives an overview of the most important approaches for bearing-fault analysis in grinding machines. There are two main parts of the analysis presented in this paper. The first part presents the classification of bearing faults, which includes the detection of unhealthy conditions, the position of the error (e.g. at the inner or at the outer ring of the bearing) and the severity, which detects the size of the fault. The second part presents the prediction of remaining useful life, which is important for estimating the productive use of a component before a potential failure, optimizing the replacement costs and minimizing downtime.
In the last decade, deep learning models for condition monitoring of mechanical systems increasingly gained importance. Most of the previous works use data of the same domain (e.g., bearing type) or of a large amount of (labeled) samples. This approach is not valid for many real-world scenarios from industrial use-cases where only a small amount of data, often unlabeled, is available.
In this paper, we propose, evaluate, and compare a novel technique based on an intermediate domain, which creates a new representation of the features in the data and abstracts the defects of rotating elements such as bearings. The results based on an intermediate domain related to characteristic frequencies show an improved accuracy of up to 32 % on small labeled datasets compared to the current state-of-the-art in the time-frequency domain.
Furthermore, a Convolutional Neural Network (CNN) architecture is proposed for transfer learning. We also propose and evaluate a new approach for transfer learning, which we call Layered Maximum Mean Discrepancy (LMMD). This approach is based on the Maximum Mean Discrepancy (MMD) but extends it by considering the special characteristics of the proposed intermediate domain. The presented approach outperforms the traditional combination of Hilbert–Huang Transform (HHT) and S-Transform with MMD on all datasets for unsupervised as well as for semi-supervised learning. In most of our test cases, it also outperforms other state-of-the-art techniques.
This approach is capable of using different types of bearings in the source and target domain under a wide variation of the rotation speed.
It seems to be a widespread impression that the use of strong cryptography inevitably imposes a prohibitive burden on industrial communication systems, at least inasmuch as real-time requirements in cyclic fieldbus communications are concerned. AES-GCM is a leading cryptographic algorithm for authenticated encryption, which protects data against disclosure and manipulations. We study the use of both hardware and software-based implementations of AES-GCM. By simulations as well as measurements on an FPGA-based prototype setup we gain and substantiate an important insight: for devices with a 100 Mbps full-duplex link, a single low-footprint AES-GCM hardware engine can deterministically cope with the worst-case computational load, i.e., even if the device maintains a maximum number of cyclic communication relations with individual cryptographic keys. Our results show that hardware support for AES-GCM in industrial fieldbus components may actually be very lightweight.
For the past few years Low Power Wide Area Networks (LPWAN) have emerged as key technologies for the connectivity of many applications in the Internet of Things (IoT) combining low-data rates with strict cost and energy restrictions. Especially LoRa/LoRaWAN enjoys a high visibility on today’s markets, because of its good performance and its open community. Originally LoRa was designed for operation within the Sub-GHz ISM bands for Industrial, Scientific and Medical applications. However, at the end of 2018, a LoRa-based solution in the 2.4GHz ISM-band was presented promising higher bandwidths and higher data rates. Furthermore, it overcomes the limited duty-cycle prescribed by the regulations in the ISM-bands and therefore also opens doors to many novel application fields. Also, due to higher bandwidths and shorter transmission times, the use of alternative MAC layer protocols becomes very interesting, i.e. for TDMA based-approaches. Within this paper, we propose a system architecture with 2.4GHz LoRa components combining two aspects. On the one hand, we present a design and an implementation of a 2.4GHz based LoRaWAN solution that can be seamlessly integrated into existing LoRaWAN back-hauls. On the other hand, we describe deterministic setup using a Time Slotted Channel Hopping (TSCH) approach as defined in the IEEE802.15.4-2015 standard for industrial applications. Finally, measurements show the performance of the system.
Lernziele:
Die Leser
• kennen die Bestandteile und Aufgaben der Produktion;
• wissen, welche Ansätze die Vision einer 100 % nachhaltigen Produktion hinsichtlich Material- und Energieverwendung beinhalten;
• verfügen über den Einblick, welche Stufen auf dem Weg zur nachhaltigen Produktion zu nehmen sind;
• wissen auch anhand von Beispielen, welche Ansätze zur Umsetzung einer nachhaltigen Produktion bestehen;
• kennen im Überblick die Ansätze zur Messung von Nachhaltigkeit in der Produktion.
Autonomous driving is disrupting the automotive industry as we know it today. For this, fail-operational behavior is essential in the sense, plan, and act stages of the automation chain in order to handle safety-critical situations on its own, which currently is not reached with state-of-the-art approaches.The European ECSEL research project PRYSTINE realizes Fail-operational Urban Surround perceptION (FUSION) based on robust Radar and LiDAR sensor fusion and control functions in order to enable safe automated driving in urban and rural environments. This paper showcases some of the key exploitable results (e.g., novel Radar sensors, innovative embedded control and E/E architectures, pioneering sensor fusion approaches, AI-controlled vehicle demonstrators) achieved until its final year 3.
Für Bildungseinrichtungen steht das Jahr 2020 für Schulschließungen und coronabedingte Zwangsdigitalisierung. Binnen weniger Wochen wurde notgedrungen auf Fernunterricht und Lernmanagementsysteme (LMS), Schulcloud und Videokonferenzen umgestellt. Zu denken geben sollte weniger die der Pandemie geschuldete Umstellung von Präsenz- auf Distanzunterricht, sondern dessen beabsichtigte Verstetigung samt Forderung nach zunehmend automatisierten Beschulungssystemen. Werden Bildungseinrichtungen Teil der Daten-Ökonomie oder gelten weiterhin pädagogische Prämissen?
We describe a prototype for power line communi- cation for grid monitoring. The PLC receiver is used to gain information about the PLC channel and the current state of the power grid. The PLC receiver uses the communication signal to obtain an accurate estimate of the current channel and provides information which can be used as a basis for further processing with the aim to detect partial discharges and other anomalies in the grid. This monitoring of the power grid takes advantage of existing PLC infrastructure and uses the data signals, which are transmitted anyway to obtain a real-time measurement of the channel transfer function and the received noise signal. Since this signal is sampled at a high sampling rate compared to simpler measurement sensors, it contains valuable information about possible degradations in the grid which need to be addressed. While channel measurements are based on a received PLC signal, information about partial discharges or other sources of interference can be gathered by a PLC receiver in the absence of a transmit signal. A prototype based on Software Defined Radio has been developed, which implements the simultaneous communication and sensing for a power grid.
The following describes a new method for estimating the parameters of an interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM). For the estimation of the parameters the current slopes caused by the switching of the inverter are used to determine the unknowns of the system equations of the electrical machine. The angle and current dependence of the machine parameters are linearized within a PWM cycle. By considering the different switching states of the inverter, several system equations can be derived and a solution can be found within one PWM cycle. The use of test signals and filter-based approaches is avoided. The derived algorithm is explained and validated with measurements on a test bench.
This study aims to investigate the individual response concerning BRFs for AT when the mid-sole hardness underneath the rearfoot was systematically altered. We first identified FGs based on the footwear condition that minimised the risk for AT across BRFs. We then tested the FGs for differences in anthropometrics, footwear comfort, and running characteristics.