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The future of industrial manufacturing and production will increasingly manifest in the form of cyber-physical production systems. Here, Digital Shadows will act as mediators between the physical and digital world to model and operationalize the interactions and relationships between different entities in production systems. Until now, the associated concepts have been primarily pursued and implemented from a technocentric perspective, in which human actors play a subordinate role, if they are considered at all. This paper outlines an anthropocentric approach that explicitly considers the characteristics, behavior, and traits and states of human actors in socio-technical production systems. For this purpose, we discuss the potentials and the expected challenges and threats of creating and using Human Digital Shadows in production.
Numerical algorithms with C
(1996)
Nutzen und Rahmenbedingungen 5 informationsgetriebener Geschäftsmodelle des Internets der Dinge
(2018)
Im Kontext der zunehmenden Digitalisierung wird das Internet der Dinge (englisch: Internet of Things, IoT) als ein technologischer Treiber angesehen, durch den komplett neue Geschäftsmodelle im Zusammenspiel unterschiedlicher Akteure entstehen können. Identifizierte Schlüsselakteure sind unter anderem traditionelle Industrieunternehmen, Kommunen und Telekommunikationsunternehmen. Letztere sorgen mit der Bereitstellung von Konnektivität dafür, dass kleine Geräte mit winzigen Batterien nahezu überall und direkt an das Internet angebunden werden können. Es sind schon viele IoT-Anwendungsfälle auf dem Markt, die eine Vereinfachung für Endkunden darstellen, wie beispielsweise Philips Hue Tap. Neben Geschäftsmodellen basierend auf Konnektivität besteht ein großes Potenzial für informationsgetriebene Geschäftsmodelle, die bestehende Geschäftsmodelle unterstützen sowie weiterentwickeln können. Ein Beispiel dafür ist der IoT-Anwendungsfall Park and Joy der Deutschen Telekom AG, bei dem Parkplätze mithilfe von Sensoren vernetzt und Autofahrer in Echtzeit über verfügbare Parkplätze informiert werden. Informationsgetriebene Geschäftsmodelle können auf Daten aufsetzen, die in IoT-Anwendungsfällen erzeugt werden. Zum Beispiel kann ein Telekommunikationsunternehmen Mehrwert schöpfen, indem es aus Daten entscheidungsrelevantere Informationen – sogenannte Insights – ableitet, die zur Steigerung der Entscheidungsagilität genutzt werden. Außerdem können Insights monetarisiert werden. Die Monetarisierung von Insights kann nur nachhaltig stattfinden, wenn sorgfältig gehandelt wird und Rahmenbedingungen berücksichtigt werden. In diesem Kapitel wird das Konzept informationsgetriebener Geschäftsmodelle erläutert und anhand des konkreten Anwendungsfalls Park and Joy verdeutlicht. Darüber hinaus werden Nutzen, Risiken und Rahmenbedingungen diskutiert.
Dynamic loads significantly impact the structural design of propeller blades due to fatigue and static strength. Since propellers are elastic structures, deformations and aerodynamic loads are coupled. In the past, propeller manufacturers established procedures to determine unsteady aerodynamic loads and the structural response with analytical steady-state calculations. According to the approach, aeroelastic coupling primarily consists of torsional deformations. They neglect bending deformations, deformation velocities, and inertia terms. This paper validates the assumptions above for a General Aviation propeller and a lift propeller for urban air mobility or large cargo drones. Fully coupled reduced-order simulations determine the dynamic loads in the time domain. A quasi-steady blade element momentum approach transfers loads to one-dimensional finite beam elements. The simulation results are in relatively good agreement with the analytical method for the General Aviation propeller but show increasing errors for the slender lift propeller. The analytical approach is modified to consider the induced velocities. Still, inertia and velocity proportional terms play a significant role for the lift propeller due to increased elasticity. The assumption that only torsional deformations significantly impact the dynamic loads of propellers is not valid. Adequate determination of dynamic loads of such designs requires coupled aeroelastic simulations or advanced analytical procedures.
The aerodynamic performance of propellers strongly depends on their geometry and, consequently, on aeroelastic deformations. Knowledge of the extent of the impact is crucial for overall aircraft performance. An integrated simulation environment for steady aeroelastic propeller simulations is presented. The simulation environment is applied to determine the impact of elastic deformations on the aerodynamic propeller performance. The aerodynamic module includes a blade element momentum approach to calculate aerodynamic loads. The structural module is based on finite beam elements, according to Timoshenko theory, including moderate deflections. Several fixed-pitch propellers with thin-walled cross sections made of both isotropic and non-isotropic materials are investigated. The essential parameters are varied: diameter, disc loading, sweep, material, rotational, and flight velocity. The relative change of thrust between rigid and elastic blades quantifies the impact of propeller elasticity. Swept propellers of large diameters or low disc loadings can decrease the thrust significantly. High flight velocities and low material stiffness amplify this tendency. Performance calculations without consideration of propeller elasticity can lead to decreased efficiency. To avoid cost- and time-intense redesigns, propeller elasticity should be considered for swept planforms and low disc loadings.
High aerodynamic efficiency requires propellers with high aspect ratios, while propeller sweep potentially reduces noise. Propeller sweep and high aspect ratios increase elasticity and coupling of structural mechanics and aerodynamics, affecting the propeller performance and noise. Therefore, this paper analyzes the influence of elasticity on forward-swept, backward-swept, and unswept propellers in hover conditions. A reduced-order blade element momentum approach is coupled with a one-dimensional Timoshenko beam theory and Farassat's formulation 1A. The results of the aeroelastic simulation are used as input for the aeroacoustic calculation. The analysis shows that elasticity influences noise radiation because thickness and loading noise respond differently to deformations. In the case of the backward-swept propeller, the location of the maximum sound pressure level shifts forward by 0.5 °, while in the case of the forward-swept propeller, it shifts backward by 0.5 °. Therefore, aeroacoustic optimization requires the consideration of propeller deformation.
Die Studie erörtert anhand eines Fallbeispiels aus der Mathematik für Ingenieur*innen, wie didaktische Gestaltungsprinzipien für Soziale Präsenz, Kollaboration und das Lösen von praxisnahen Problemen mit mathematischem Denken in einer Online-Umgebung aussehen können. Hierfür zieht der
Beitrag den forschungsmethodologischen Rahmen Design-Based Research (DBR) hinzu und berichtet über Zwischenergebnisse. DBR wird an dieser Stelle als eine systematische Herangehensweise an kurzfristige Lehrveränderungen und als Chance auf dem Weg zu einer neuen Hochschullehre nach der COVID-19-Pandemie dargestellt, die theoretische und empirische Erkenntnisse mit Praxisverknüpfung und -relevanz vereint.
Operational Modal Analysis (OMA) is a promising candidate for flutter testing and Structural Health Monitoring (SHM) of aircraft wings that are passively excited by wind loads. However, no studies have been published where OMA is tested in transonic flows, which is the dominant condition for large civil aircraft and is characterized by complex and unique aerodynamic phenomena. We use data from the HIRENASD large-scale wind tunnel experiment to automatically extract modal parameters from an ambiently excited wing operated in the transonic regime using two OMA methods: Stochastic Subspace Identification (SSI) and Frequency Domain Decomposition (FDD). The system response is evaluated based on accelerometer measurements. The excitation is investigated from surface pressure measurements. The forcing function is shown to be non-white, non-stationary and contaminated by narrow-banded transonic disturbances. All these properties violate fundamental OMA assumptions about the forcing function. Despite this, all physical modes in the investigated frequency range were successfully identified, and in addition transonic pressure waves were identified as physical modes as well. The SSI method showed superior identification capabilities for the investigated case. The investigation shows that complex transonic flows can interfere with OMA. This can make existing approaches for modal tracking unsuitable for their application to aircraft wings operated in the transonic flight regime. Approaches to separate the true physical modes from the transonic disturbances are discussed.
Organization and management of German-Russian joint ventures. Bock, Jürgen; Thielemann, Frank
(1994)
The constitutive androstane receptor (CAR) and the pregnane X receptor (PXR) are closely related nuclear receptors involved in drug metabolism and play important roles in the mechanism of phenobarbital (PB)-induced rodent nongenotoxic hepatocarcinogenesis. Here, we have used a humanized CAR/PXR mouse model to examine potential species differences in receptor-dependent mechanisms underlying liver tissue molecular responses to PB. Early and late transcriptomic responses to sustained PB exposure were investigated in liver tissue from double knock-out CAR and PXR (CARᴷᴼ-PXRᴷᴼ), double humanized CAR and PXR (CARʰ-PXRʰ), and wild-type C57BL/6 mice. Wild-type and CARʰ-PXRʰ mouse livers exhibited temporally and quantitatively similar transcriptional responses during 91 days of PB exposure including the sustained induction of the xenobiotic response gene Cyp2b10, the Wnt signaling inhibitor Wisp1, and noncoding RNA biomarkers from the Dlk1-Dio3 locus. Transient induction of DNA replication (Hells, Mcm6, and Esco2) and mitotic genes (Ccnb2, Cdc20, and Cdk1) and the proliferation-related nuclear antigen Mki67 were observed with peak expression occurring between 1 and 7 days PB exposure. All these transcriptional responses were absent in CARᴷᴼ-PXRᴷᴼ mouse livers and largely reversible in wild-type and CARʰ-PXRʰ mouse livers following 91 days of PB exposure and a subsequent 4-week recovery period. Furthermore, PB-mediated upregulation of the noncoding RNA Meg3, which has recently been associated with cellular pluripotency, exhibited a similar dose response and perivenous hepatocyte-specific localization in both wild-type and CARʰ-PXRʰ mice. Thus, mouse livers coexpressing human CAR and PXR support both the xenobiotic metabolizing and the proliferative transcriptional responses following exposure to PB.
As researchers continue to seek the expansion of the material base for additive manufacturing, there is a need to focus attention on the Ni–Cu group of alloys which conventionally has wide industrial applications. In this work, the G-NiCu30Nb casting alloy, a variant of the Monel family of alloys with Nb and high Si content is, for the first time, processed via the laser powder bed fusion process (LPBF). Being novel to the LPBF processes, optimum LPBF parameters were determined, and hardness and tensile tests were performed in as-built conditions and after heat treatment at 1000 °C. Microstructures of the as-cast and the as-built condition were compared. Highly dense samples (99.8% density) were achieved after varying hatch distance (80 µm and 140 µm) with scanning speed (550 mm/s–1500 mm/s). There was no significant difference in microhardness between varied hatch distance print sets. Microhardness of the as-built condition (247 HV0.2) exceeded the as-cast microhardness (179 HV0.2.). Tensile specimens built in vertical (V) and horizontal (H) orientations revealed degrees of anisotropy and were superior to conventionally reported figures. Post heat treatment increased ductility from 20% to 31% (V), as well as from 16% to 25% (H), while ultimate tensile strength (UTS) and yield strength (YS) were considerably reduced.
Primäre Ziele des Internets der Dinge sind die Steuerung physischer Gegenstände aus der Distanz und das Erfassen von Informationen aus dem Umfeld dieser Gegenstände. Dazu werden Hardwarekomponenten in Gegenstände des täglichen Lebens und die Umwelt integriert. Mithilfe von Informations- und Kommunikationstechnologien entsteht hieraus das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT). Vor einem Jahr wurde mit Narrowband Internet of Things (NB-IoT) eine Technologie die es ermöglicht, Hardwarekomponenten energieeffizient und unmittelbar über das Mobilfunknetz zu vernetzen. Gegenstände werden dadurch über große Reichweiten eigenständig kommunikationsfähig. Das IoT steht mit NB-IoT vor einem gestiegenen Nutzenpotenzial, da eine zunehmende Anzahl miteinander verbundener Gegenstände und der Austausch größerer Datenmengen realisierbar sind. Damit sind aus wirtschaftlicher Sicht neue, innovative Anwendungsfälle des IoT möglich, die auch bereits in der Praxis diskutiert werden. In diesem Beitrag wird anhand eines konkreten Anwendungsfalls untersucht, welche neuen Geschäfts- bzw. Partnermodelle durch die gemeinsame Nutzung von NB-IoT-Daten und Big Data-Technologien entstehen und welcher qualitative Mehrwert für die an einem Anwendungsfall beteiligten Stakeholder geschaffen wird. Dazu wird – einem konstruktionsorientierten Forschungsansatz folgend – ein Bewertungsrahmen zur qualitativen Wertschöpfungsanalyse von NB-IoT entwickelt, der u.a. auf der Schablone nach Cockburn und dem Business Model Canvas basiert. Anhand dieses Bewertungsrahmens wird ein Anwendungsfall untersucht, der in anonymisierter Form an konkrete Praxisprojekte angelehnt ist. Konkret wird ein Anwendungsfall betrachtet, der einen Fahrradverleih 2.0 basierend auf dem Einsatz von NB-IoT vorschlägt. Aus den Untersuchungsergebnissen gehen beispielsweise Erkenntnisse hervor, wie Geschäftsmodelle auf
Die Berechnung der Durchströmung von Bauteilen ist gegenüber derjenigen von umströmten Bauteilen deutlich im Hintertreffen. Das liegt vor allem an der fehlenden Verfügbarkeit geeigneter optisch transparenter Modellkanäle für die experimentelle Analyse. Der Beitrag stellt ein Verfahren zur Herstellung transparenter durchströmter Geometrien auf der Basis generativ gefertigter Urmodelle vor. Damit können beliebig komplexe Innenströmungen optisch analysiert werden. Anhand von zwei Beispielen aus der Medizin, der Modellierung der oberen Atemwege und des Bronchialbaums, wird das Verfahren vorgeführt. Der generative Bauprozess mittels 3D-Printing wird beschrieben und die Abformung in transparentem Silikon gezeigt. Schließlich werden beispielhaft der Messaufbau und Ergebnisse der Anwendung vorgestellt. Das Verfahren bildet die Grundlage für die Analyse und Berechnung komplexer Innenströmungen und trägt somit zur Verbesserung zahlreicher technischer Anwendungen bei.
The quest for life on other planets is closely connected with the search for water in liquid state. Recent discoveries of deep oceans on icy moons like Europa and Enceladus have spurred an intensive discussion about how these waters can be accessed. The challenge of this endeavor lies in the unforeseeable requirements on instrumental characteristics both with respect to the scientific and technical methods. The TRIPLE/nanoAUV initiative is aiming at developing a mission concept for exploring exo-oceans and demonstrating the achievements in an earth-analogue context, exploring the ocean under the ice shield of Antarctica and lakes like Dome-C on the Antarctic continent.
Das vorliegende Buch dient als Grundlage für die Bachelor- und Master-Ausbildung von Studierenden im Fachgebiet Strömungslehre und Aerodynamik. Im hier behandelten Teilbereich der inkompressiblen Profile und Tragflügelaerodynamik werden schwerpunktmäßig die folgenden Themen besprochen:
- Profilaerodynamik
- Tragflügelaerodynamik
- Flugzeugpolare
- Methoden zur Flugbereichserweiterung
- Schwebeschub und Schwebeleistung
- Propellerblattaerodynamik
- Numerische Methoden zur Tragflügelberechnung