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Das Forschungsvorhaben Optiox beschäftigt sich mit der Optimierung eines Belüftungsbeckens zur Rauchgasentschwefelung fossil befeuerter Kraftwerke mittels Seewasser. Unter Neutralisierung der entstehenden Hydroniumionen (H3O+) durch die natürliche Alkalität des Seewassers dissoziiert Schwefeldioxid aus dem Rauchgase im vorgeschalteten Absorber beim Phasenübergang von der Gas- in die Flüssigphase zu Sulfiten. Im Belüftungsbecken werden diese Sulfite mittels eingeblasener Luft zu Sulfaten oxidiert, was zu einer geringen Erhöhung der Sulfatfracht vor Einleitung ins Meer führt, die unterhalb der natürlichen Schwankungen liegt. Daneben dient das Belüftungsbecken der Konditionierung des Seewassers hinsichtlich pH-Wert und Sauerstoffgehalt und ist mit hoch effizienten Belüftern ausgestattet, deren Spezifikation den jeweiligen Randbedingungen, wie Abscheideleistung des Absorbers, Beckengeometrie sowie lokalen Gegebenheiten angepasst wird.
Es werden Effizienzbegriffe zum Vergleich von statistischen Tests basierend auf verschiedenen statistischen Experimenten eingeführt. Dabei handelt es sich um die schon aus dem Vergleich von statistischen Tests in je demselben Modell bekannten asymptotischen relativen Effizienzen wie die Hodges-Lehmann-Effizienz, die Bahadur-Effizienz und die Pitman-Effizienz sowie um Kriterien basierend auf Volumina von Konfidenzbereichen. Effizienzaussagen werden unter anderem für Likelihood-Quotienten-Tests und Waldsche Tests im Rahmen eines allgemeinen multivariaten parametrischen Modells erhalten. Statistische Tests zur Prüfung von Hypothesen über die relative Wirksamkeit zweier Experimente werden vorgeschlagen. Auf der Grundlage der erhaltenen Ergebnisse erfolgt ein Vergleich der Wirksamkeit von korrespondierenden Verfahren bei verbundener Stichprobenerhebung und unabhängiger Stichprobenerhebung. Die Rolle der Kovarianzmatrix bei verbundener Stichprobenerhebung wird insbesondere unter der Annahme, dass die zugrunde liegenden Verteilungen durch k-parametrische Exponentialfamilien modellierbar sind, herausgearbeitet. Verbindungen zu Effizienzbegriffen bei Punkt- und Konfidenzbereichsschätzverfahren werden aufgezeigt. Ausführlichere Untersuchungen betreffen die korrespondierenden Hotellingschen T²-Tests im multivariaten Normalverteilungsfall, die klassischen Homogenitatstests bei k × k-Kontingenztafeln und die Wilcoxon Tests in nichtparametrischen Lagealternativmodellen
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.
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 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.
Engineers are of particular importance for the societies of tomorrow. The big social challenges society has to cope with in future, can only be mastered, if engineers link the development and innovation process closely with the requirements of people. As a result, in the frame of the innovation process engineers have to design and develop products for diverse users. Therefore, the consideration of diversity in this process is a core competence engineers should have. Implementing the consideration of diverse requirements into product design is also linked to the development of sustainable products and thus leads to social responsible research and development, the core concept formulated by the EU.
For this reason, future engineers should be educated to look at the technical perspectives of a problem embedded in the related questions within societies they are developing their artefacts for. As a result, the aim of teaching engineering should be to prepare engineers for these requirements and to draw attention to the diverse needs in a globalized world.
To match the competence profiles of future engineers to the global challenges and the resulting social responsibility, RWTH Aachen University, one of the leading technical universities in Germany, has established the bridging professorship “Gender and Diversity in Engineering” (GDI) which educates engineers with an interdisciplinary approach to expand engineering limits. The interdisciplinary teaching concept of the research group pursues an approach which imparts an application oriented Gender and Diversity expertise to future engineers. In the frame of an established teaching concept, which is a result of experiences and expertise of the research group, students gain theoretical knowledge about Gender and Diversity and learn how to transfer their knowledge into their later field of action.
In the frame of the conference the institutional approach will be presented as well as the teaching concept which will be introduced by concrete course examples.
Future engineers are increasingly confronted with the so-called Megatrends which are the big social challenges society has to cope with. These Megatrends, such as “Silver Society”, “Globalization”, “Mobility” and “Female Shift” require an application-oriented perspective on Diversity especially in the engineering field. Therefore, it is necessary to enable future engineers not only to look at the technical perspectives of a problem, but also to be able to see the related questions within societies they are developing their artefacts for. The aim of teaching engineering should be to prepare engineers for these requirements and to draw attention to the diverse needs in a globalized world.
Bringing together technical knowledge and social competences which go beyond a mere training of the so-called “soft skills”, is a new approach followed at RWTH Aachen University, one of the leading technical universities in Germany. RWTH Aachen University has established the bridging professorship “Gender and Diversity in Engineering” (GDI) which educates engineers with an interdisciplinary approach to expand engineering limits. In the frame of a sustainable teaching concept the research group under the leadership of Prof. Carmen Leicht-Scholten has developed an approach which imparts a supplication-specific Gender and Diversity expertise to engineers. In workshops students gain theoretical knowledge about Gender and Diversity and learn how to transfer their knowledge in their special field of study and later work. To substantiate this, the course participants have to solve case studies from real life. The cases which are developed in collaboration with non-profit organizations and enterprises from economy rise the students to challenges which are inspired by professional life. Evaluation shows the success of this approach as well as an increasing demand for such teaching formats.
Following the recent successful landings and occasional re-awakenings of PHILAE, the lander carried aboard ROSETTA to comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, and the launch of the Mobile Asteroid Surface Scout, MASCOT, aboard the HAYABUSA2 space probe to asteroid (162173) Ryugu we present an overview of the characteristics and peculiarities of small spacecraft missions to small solar system bodies (SSSB). Their main purpose is planetary science which is transitioning from a ‘pure’ science of observation of the distant to one also supporting in-situ applications relevant for life on Earth. Here we focus on missions at the interface of SSSB science and planetary defence applications. We provide a brief overview of small spacecraft SSSB missions and on this background present recent missions, projects and related studies at the German Aerospace Center, DLR, that contribute to the worldwide planetary defence community. These range from Earth orbit technology demonstrators to active science missions in interplanetary space. We provide a summary of experience from recently flown missions with DLR participation as well as a number of studies. These include PHILAE, the lander of ESA’s ROSETTA comet rendezvous mission now on the surface of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, and the Mobile Asteroid Surface Scout, MASCOT, now in cruise to the ~1 km diameter C-type near-Earth asteroid (162173) Ryugu aboard the Japanese sample-return probe HAYABUSA2. We introduce the differences between the conventional methods employed in the design, integration and testing of large spacecraft and the new approaches developed by small spacecraft projects. We expect that the practical experience that can be gained from projects on extremely compressed timelines or with high-intensity operation phases on a newly explored small solar system body can contribute significantly to the study, preparation and realization of future planetary defence related missions. One is AIDA (Asteroid Impact & Deflection Assessment), a joint effort of ESA, JHU/APL, NASA, OCA and DLR, combining JHU/APL’s DART (Double Asteroid Redirection Test) and ESA’s AIM (Asteroid Impact Monitor) spacecraft in a mission towards near-Earth binary asteroid system (65803) Didymos. DLR is currently applying MASCOT heritage and lessons learned to the design of MASCOT2, a lander for the AIM mission to support a bistatic low frequency radar experiment with PHILAE/ROSETTA CONSERT heritage to explore the inner structure of Didymoon which is the designated impact target for DART.
This paper describes the results and methods used during the 8th Global Trajectory Optimization Competition (GTOC) of the DLR team. Trajectory optimization is crucial for most of the space missions and usually can be formulated as a global optimization problem. A lot of research has been done to different type of mission problems. The most demanding ones are low thrust transfers with e.g. gravity assist sequences. In that case the optimal control problem is combined with an integer problem. In most of the GTOCs we apply a filtering of the problem based on domain knowledge.
There are different types of games that try to make use of the motivation of a gaming situation in learning contexts. This paper introduces the new terminology ‘Competence Developing Game’ (CDG) as an umbrella term for all games with this intention. Based on this new terminology, an assessment framework has been developed and validated in scope of an empirical study. Now, all different types of CDGs can be evaluated according to a defined and uniform set of assessment criteria and, thus, are comparable according to their characteristics and effectiveness.
The scientific interest for near-Earth asteroids as well as the interest in potentially hazardous asteroids from the perspective of planetary defense led the space community to focus on near-Earth asteroid mission studies. A multiple near-Earth asteroid rendezvous mission with close-up observations of several objects can help to improve the characterization of these asteroids. This work explores the design of a solar-sail spacecraft for such a mission, focusing on the search of possible sequences of encounters and the trajectory optimization. This is done in two sequential steps: a sequence search by means of a simplified trajectory model and a set of heuristic rules based on astrodynamics, and a subsequent optimization phase. A shape-based approach for solar sailing has been developed and is used for the first phase. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated through a fully optimized multiple near-Earth asteroid rendezvous mission. The results show that it is possible to visit five near-Earth asteroids within 10 years with near-term solar-sail technology.
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.
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.
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.
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.
The behaviour of infilled reinforced concrete frames under horizontal load has been widely investigated, both experimentally and numerically. Since experimental tests represent large investments, numerical simulations offer an efficient approach for a more comprehensive analysis. When RC frames with masonry infill walls are subjected to horizontal loading, their behaviour is highly non-linear after a certain limit, which makes their analysis quite difficult. The non-linear behaviour results from the complex inelastic material properties of the concrete, infill wall and conditions at the wall-frame interface. In order to investigate this non-linear behaviour in detail, a finite element model using a micro modelling approach is developed, which is able to predict the complex non-linear behaviour resulting from the different materials and their interaction. Concrete and bricks are represented by a non-linear material model, while each reinforcement bar is represented as an individual part installed in the concrete part and behaving elasto-plastically. Each brick is modelled individually and connected taking into account the non-linearity of a brick mortar interface. The same approach is followed using two finite element software packages and the results are compared with the experimental results. The numerical models show a good agreement with the experiments in predicting the overall behaviour, but also very good matching for strength capacity and drift. The results emphasize the quality and the valuable contribution of the numerical models for use in parametric studies, which are needed for the derivation of design recommendations for infilled frame structures.
Eine seismische Anregung verursacht in einem Flüssigkeitstank einen kombinierten Spannungszustand, was zu einem Stabilitätsversagen der häufig sehr dünnwandigen Konstruktionen führen kann. Für die Durchführung von Stabilitätsnachweisen stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Üblicherweise werden aus Gründen der Einfachheit spannungsbasierte Verfahren angewendet. Diese sind für Einheitslastfälle experimentell abgesichert, wobei eine Übertragung auf kombinierte Spannungszustände wie im Erdbebenfall nur begrenzt möglich ist. Alternativ kann ein globales, numerisches Konzept, das LBA/MNA-Verfahren, angewendet werden. Das Verfahren kombiniert eine materiell nichtlineare Berechnung (MNA) mit einer linearen Beulanalyse (LBA) und erfasst die Interaktion verschiedener gleichzeitig auftretender Beanspruchungen implizit im Nachweis. Dieser Beitrag demonstriert die Anwendung der Verfahren am Beispiel verschiedener Tankgeometrien mit Höhe/Radius-Verhältnissen zwischen 1 ≤ H/R ≤ 2 und Radius/Tankwand-Verhältnissen zwischen 500 ≤ R/t ≤ 1000 und diskutiert zusätzlich die Defizite der spannungsbasierten Nachweisverfahren.