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Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit sind wichtige Anforderungen bei der Planung langlebiger technischer Systeme. Meist werden bei Lebensdaueroptimierungen lediglich einzelne Komponenten vordefinierter Systeme untersucht. Ob eine optimale Lebensdauer eine gänzlich andere Systemvariante bedingt, wird nur selten hinterfragt. Technical Operations Research (TOR) erlaubt es, aus Obermengen technischer Systeme automatisiert die lebensdaueroptimale Systemstruktur auszuwählen. Der Artikel zeigt dies am Beispiel eines hydrostatischen Getriebes.
Finding a good system topology with more than a handful of components is a
highly non-trivial task. The system needs to be able to fulfil all expected load cases, but at the
same time the components should interact in an energy-efficient way. An example for a system
design problem is the layout of the drinking water supply of a residential building. It may be
reasonable to choose a design of spatially distributed pumps which are connected by pipes in at
least two dimensions. This leads to a large variety of possible system topologies. To solve such
problems in a reasonable time frame, the nonlinear technical characteristics must be modelled
as simple as possible, while still achieving a sufficiently good representation of reality. The
aim of this paper is to compare the speed and reliability of a selection of leading mathematical
programming solvers on a set of varying model formulations. This gives us empirical evidence
on what combinations of model formulations and solver packages are the means of choice with the current state of the art.
Nach Stand von Wissenschaft und Technik werden Komponenten hinsichtlich ihrer Eigenschaften, wie Lebensdauer oder Energieeffizienz, optimiert. Allerdings können selbst hervorragende Komponenten zu ineffizienten oder instabilen Systemen führen, wenn ihr Zusammenspiel nur unzureichend berücksichtigt wird. Eine Systembetrachtung schafft ein größeres Optimierungspotential - dem erhöhten Potential steht jedoch auch ein erhöhter Komplexitätsgrad gegenüber. Die vorliegende Arbeit ist im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 805 entstanden, dessen Ziel die Beherrschung von Unsicherheit in Systemen des Maschinenbaus ist. Die Arbeit zeigt anhand eines realen Systems aus dem Bereich der Hydraulik, wie Unsicherheit in der Entwicklungsphase beherrscht werden kann. Hierbei ist neu, dass die durch den späteren Betrieb zu erwartende Systemdegradation eines jeden möglichen Systemvorschlags antizipiert werden kann. Dadurch können Betriebs- und Wartungskosten vorausgesagt und minimiert werden und durch eine optimale Betriebs- und Wartungsstrategie die Verfügbarkeit des Systems garantiert werden. Wesentliche Fragen bei der optimalen Auslegung des betrachteten hydrostatischen Getriebes sind dessen physikalische Modellierung, die Darstellung des Optimierungsproblems als gemischt-ganzzahliges lineares Programm, und dessen algorithmische Behandlung zur Lösungsfindung. Hierzu werden Heuristiken zum schnelleren Auffinden sinnvoller Systemtopologien vorgestellt und mittels mathematischer Dekomposition eine Bewertung des dynamischen Verschleiß- und Wartungsverlaufs möglicher Systemvorschläge vorgenommen. Die Arbeit stellt die Optimierung technischer Systeme an der Schnittstelle von Mathematik, Informatik und Ingenieurwesen sowohl gründlich als auch anschaulich und nachvollziehbar dar.
Pure analytical or experimental methods can only find a control strategy for technical systems with a fixed setup. In former contributions we presented an approach that simultaneously finds the optimal topology and the optimal open-loop control of a system via Mixed Integer Linear Programming (MILP). In order to extend this approach by a closed-loop control we present a Mixed Integer Program for a time discretized tank level control. This model is the basis for an extension by combinatorial decisions and thus for the variation of the network topology. Furthermore, one is able to appraise feasible solutions using the global optimality gap.
Unser Zuhause wird zunehmend intelligenter. Smart Homes bieten uns die Steuerung von Haus- oder Unterhaltungstechnik bequem vom Smartphone aus. Junge Familien nutzen die Technologie, um mittels vernetzten Babymonitorsystemen ihren Nachwuchs von überall aus im Blick zu haben. Davon auszugehen, dass solche Systeme mit einem Fokus auf Sicherheit entwickelt wurden, um die sehr persönlichen Daten zu schützen, ist jedoch ein Trugschluss. Die Untersuchung eines handelsüblichen und keineswegs billigen Systems zeigt, dass die Geräte sehr einfach kompromittiert und missbraucht werden können.
Zur Unterstützung des Transformationsbedarfs von Telekommunikationsunternehmen sind die Referenzmodelle des TM Forums in der Praxis weltweit anerkannt. Dabei findet jedoch meist eine losgelöste Nutzung für spezifische Einzelthemen statt. Daher führt dieser Artikel die bestehenden Inhalte in einer industriespezifischen, übergreifenden Referenzarchitektur zusammen. Der Fokus liegt auf den Ebenen Aufbauorganisation, Prozesse, Applikationen und Daten. Darüber hinaus werden inhaltliche Architekturdomänen zur Strukturierung angeboten. Die Referenzarchitektur ist hierarchisch aufgebaut und wird hier beispielhaft für ausgewählte, aggregierte Inhalte beschrieben. Als erste Evaluation wird die Anwendung der Referenzarchitektur in drei Praxisprojekten erläutert.
Development of a subject-oriented reference process model for the telecommunications industry
(2016)
Generally the usage of reference models can be structured top-down or bottom-up. The practical need of agile change and flexible organizational implementation requires a consistent mapping to an operational level. In this context, well-established reference process models are typically structured top-down. The subject-oriented Business Process Management (sBPM) offers a modeling concept that is structured bottom-up and concentrates on the process actors on an
operational level. This paper applies sBPM to the enhanced Telecom Operations Map (eTOM), a well-accepted reference process model in the telecommunications industry. The resulting design artifact is a concrete example for a combination of a bottom-up and top-down developed reference model. The results are evaluated and confirmed in practical context through the involvement of the industry body TMForum.
Zur Anwendung des Eurocode 3 Teil 1-2 für die Heißbemessung und Anregungen für dessen Novellierung
(2016)
Die Eurocodes werden bis zum Jahr 2020 im Europäischen Komitee für Normung (CEN), Technisches Komitee TC 250, überarbeitet. In Vorbereitung auf die Eurocode-Novellierung haben engagierte Ingenieure im Rahmen der Initiative PraxisRegeln Bau (PRB) die für die praktische Anwendung häufig genutzten Teile des Eurocode 3 untersucht. Mit dem Ziel, die Praxistauglichkeit des Eurocode 3 für die Heißbemessung zu verbessern, wurden die bestehende Norm EN 1993 Teil 1-2 insbesondere in Bezug auf die Anwenderfreundlichkeit analysiert und Vorschläge für die europäische Novellierung erarbeitet. Die Analysen zeigen, dass durch Umstrukturierungen und durch die Einführung von Tabellen die Verständlichkeit und Anwenderfreundlichkeit der Regeln für die Heißbemessung bedeutend erhöht werden können.
Inhalt
06 Fast jeder Zweite ist betroffen | Psychosoziale Beratung hilft Studierenden
10 Hacken statt Knacken | IT-Sicherheit im Automobil: Kooperation der FH Aachen mit Interpol
13 Dritter Platz für die FH Aachen beim PR-Bild Award
14 Ich bin ein Berlinger | Tourbus Wolfgang chauffiert keine Rockstars, sondern 3D-Drucker
18 Licht aus, Spot an und ... studieren | Fachbereich Wirtschaftswissenschaften dreht Imagefilm
22 Ein Tropfen Blut genügt | FH-Absolventen forschen in Grundlagenprojekt zu mobilen Geräten, die Malaria diagnostizieren können
24 Die dritte Hand | Babor setzt "Pick-by-Vision"-Datenbrille als weltweit erstes Unternehmen ein - FH-Forscher Prof. Voß war an der Entwicklung beteiligt
30 3 Fragen an den neuen AStA-Vorsitzenden Paul Baumann
32 Maronen-Creme-Suppe
34 Schmerzfrei!? | FH-Mitarbeiter Herbert Meurers war schon tot - und kämpfte sich zurück ins Leben
40 Mit "Sally" über die Weichen | Schienenfahrzeugtechnik an der FH Aachen
44 Sicherheit, Freiheit - und Freude über die Bürokratie | Der Syrer Hasan al Jalloud studiert an der FH Aachen und blickt mit Sorge auf das Geschehen in seinem Heimatland
46 Diese Frau erfüllt keine Klischees | Ana Pérez ist die einzige Frau im Aixtreme-Racing-Team
50 Des Rätsels Lösung: das Bewahren | Gespräch mit Prof. Dr. Heinrich Hemme zum Thema Unterhaltungsmathematik
54 "Da weiß man einfach, was Sache ist" | Bauunternehmer Hubert Schlun über sein Leben, seine Werte, seine FH Aachen
58 Prof. Baumann ist neuer LRK-Vorsitzender | FH-Rektor macht sich für die Fachhochschulen in NRW stark
60 Lehrer mit einem Herz für Holz | Alexander Forbrig nimmt am BeLEK-Programm teil und verbindet sein Studium mit einer Ausbildung zum Berufsschullehrer
63 Impressum
Inhalt
06 Von Aachen nach Hollywood | Am 5. März 2016 lädt Shawn Bu den Star-Wars-Fanfilm, den er für seine Bachelorarbeit produziert hat, bei YouTube hoch. Was dann passiert, ist einfach unglaublich
16 Es geht aufwärts | FH entwickelt Kletterroboter zur Wartung und Reparatur von Windenergieanlagen
20 Auf den Millimeter genau | FH-Bauingenieure vermessen die Urftstaumauer
24 Auf legendären Rennstrecken | FH-Youngster treten in GT-Motorsportserie an
26 "Unten ist da, wo die Erde ist..." | Astronaut Dr. Thomas Reiter trägt an der FH Aachen vor
30 Von der Kita entspannt in den Hörsaal | Wie man den Spagat zwischen Kindererziehung und Studium meistert
32 "Solidarität ist keine Rosinenpickerei" | Martin Schulz und der Spiegel zu Gast an der FH Aachen
34 Ankommen | Drei Beispiele, wie Menschen an der FH Aachen und in der Region sich mit dem Thema Flucht beschäftigen
36 "Wir sind nicht die großen Retter" | Fotodokumentation von Stephan Klumpp
38 Mehr als nur ein Dach über dem Kopf | Dina Bharucha entwickelt ein ausklappbares Flüchlingshaus
40 "Es wird zu wenig über Fluchtursachen gesprochen" | Knut Paul, Pressesprecher der Bundespolizeiinspektion Aachen, über die Flüchtlingslage in der Aachener Region
42 Pinipas Abenteuer | Eine himmlische Pfannkuchensuche durch Europa
44 Warum es sich lohnt, in Nachwuchs zu investieren | Drei Beispiele aus dem FH-Stipendienprogramm
46 Rückenschmerzen ade | Das Start-up-Unternehmen physiosense entwickelt einen "intelligenten" Bürostuhl
48 Fahren und sparen | FH-Wissenschaftler Jörg Kreyer erforscht, wie der Kraftstoffverbrauch von Nutzfahrzeugen gesenkt werden kann
52 Informationsdesign für die Industrie 4.0 | "ProSense": Fachbereich Gestaltung entwickelt neues Verfahren zur visuellen Darstellung großer Datenmengen
58 Maßgeschneidert für unsere Region | Der Studiengang "Open Borders MBA" richtet sich an Führungskräfte, die grenzüberschreitend arbeiten wollen
60 Rennsport im Miniaturformat| FH unterstützt das Einhard-Gymnasium bei der Junior-Ingenieur-Akademie
61 Mathematik der Herzen
63 Impressum
An equitable graph coloring is a proper vertex coloring of a graph G where the sizes of the color classes differ by at most one. The equitable chromatic number is the smallest number k such that G admits such equitable k-coloring. We focus on enumerative algorithms for the computation of the equitable coloring number and propose a general scheme to derive pruning rules for them: We show how the extendability of a partial coloring into an equitable coloring can be modeled via network flows. Thus, we obtain pruning rules which can be checked via flow algorithms. Computational experiments show that the search tree of enumerative algorithms can be significantly reduced in size by these rules and, in most instances, such naive approach even yields a faster algorithm. Moreover, the stability, i.e., the number of solved instances within a given time limit, is greatly improved.
Since the execution of flow algorithms at each node of a search tree is time consuming, we derive arithmetic pruning rules (generalized Hall-conditions) from the network model. Adding these rules to an enumerative algorithm yields an even larger runtime improvement.
We prove characterizations of the existence of perfect ƒ-matchings in uniform mengerian and perfect hypergraphs. Moreover, we investigate the ƒ-factor problem in balanced hypergraphs. For uniform balanced hypergraphs we prove two existence theorems with purely combinatorial arguments, whereas for non-uniform balanced hypergraphs we show that the ƒ-factor problem is NP-hard.
We present a new Min-Max theorem for an optimization problem closely connected to matchings and vertex covers in balanced hypergraphs. The result generalizes Kőnig’s Theorem (Berge and Las Vergnas in Ann N Y Acad Sci 175:32–40, 1970; Fulkerson et al. in Math Progr Study 1:120–132, 1974) and Hall’s Theorem (Conforti et al. in Combinatorica 16:325–329, 1996) for balanced hypergraphs.
Replacement tissues, designed to fill in articular cartilage defects, should exhibit the same properties as the native material. The aim of this study is to foster the understanding of, firstly, the mechanical behavior of the material itself and, secondly, the influence of cultivation parameters on cell seeded implants as well as on cell migration into acellular implants. In this study, acellular cartilage replacement material is theoretically, numerically and experimentally investigated regarding its viscoelastic properties, where a phenomenological model for practical applications is developed. Furthermore, remodeling and cell migration are investigated.
Im Mai 2012 fand in Hamburg erstmals das „Junge Forum Hochschul- und Mediendidaktik“ statt, im Juni 2013 folgte in Potsdam die zweite Auflage als „Junges Forum Medien und Hochschulentwicklung“. 2014 wurde das dritte „Forum“ in Dresden und 2015 das vierte in Düsseldorf ausgerichtet. Das fünfte Forum wird 2016 an der Technischen Universität Darmstadt stattfinden. Initiiert und organisiert wird die Veranstaltung stets von jungen Praktikerinnen und Praktikern sowie Forscherinnen und Forschern mit dem Ziel, dem ‚Nachwuchs‘ in diesem Bereich ein Austauschforum zu geben. Der vorliegende Artikel stellt die konzeptionellen Überlegungen vor, die hinter diesen Treffen stehen. Er zeigt im Rückgriff auf Netzwerktheorie und aktuelle Diskussionen um Professionalisierung und Third Space, wieso für dieses Format ein aktueller Bedarf besteht, und begründet dann im Rückgriff auf didaktische Konzepte auch die methodische Gestaltung der Veranstaltungen. Unsere These: Das kooperative Lernen in Netzwerken ist ein wichtiger Baustein für die Professionalisierung des hochschul- und mediendidaktischen Nachwuchses.
Die Studiengangentwicklung ist ein komplexer Prozess, in dem strukturelle Vorgaben beachtet, viele unterschiedliche Akteure/-innen einbezogen und nicht zuletzt angemessene didaktische Lösungen zum Erreichen der angestrebten Lernergebnisse gefunden werden müssen. Der vorliegende Text nimmt besonders den letzten Punkt in den Blick: Er zeigt, wie Studiengangentwicklung zu einem Thema der (Hochschul-)Didaktik geworden ist und wie sich der didaktische Ansatz von struktur- und prozessorientierten Ansätzen unterscheidet, aber auch, wie er mit diesen zusammenhängt. An einem Beispiel aus dem Wirtschaftsingenieurwesen wird veranschaulicht, was didaktische Studiengangentwicklung in der Praxis ausmacht und wie eine konkrete Implementierung verlaufen kann. Auf dieser Grundlage wird abschließend ein erweitertes Modell der didaktischen Studiengangentwicklung vorgeschlagen.
Die bereits mit Koalitionsvertrag vom 16.12.2013 in Aussicht genommene Neuregulierung der Leiharbeit steht nunmehr kurz bevor. Nach diversen Korrekturen des ursprünglichen Referentenentwurfes des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales liegt seit dem 20.7.2016 der endgültige Entwurf des Gesetzes zur Änderung des Arbeitnehmerüberlassungsgesetzes und anderer Gesetze vor (AÜG-E). Die Änderungen sollen zum 1.1.2017 in Kraft treten. Von größeren Änderungen des Gesetzesentwurfs wird allgemein nicht mehr ausgegangen. Für die betriebliche Praxis sollte dies Anlass sein, sich bereits jetzt mit den sich abzeichnenden wichtigsten Neuerungen vertraut zu machen und diese entsprechend umzusetzen, um nachteilige Konsequenzen zu vermeiden.