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Gearboxes are mechanical transmission systems that provide speed and torque conversions from a rotating power source. Being a central element of the drive train, they are relevant for the efficiency and durability of motor vehicles. In this work, we present a new approach for gearbox design: Modeling the design problem as a mixed-integer nonlinear program (MINLP) allows us to create gearbox designs from scratch for arbitrary requirements and—given enough time—to compute provably globally optimal designs for a given objective. We show how different degrees of freedom influence the runtime and present an exemplary solution.
Resilience as a concept has found its way into different disciplines to describe the ability of an individual or system to withstand and adapt to changes in its environment. In this paper, we provide an overview of the concept in different communities and extend it to the area of mechanical engineering. Furthermore, we present metrics to measure resilience in technical systems and illustrate them by applying them to load-carrying structures. By giving application examples from the Collaborative Research Centre (CRC) 805, we show how the concept of resilience can be used to control uncertainty during different stages of product life.
The understanding that optimized components do not automatically lead to energy-efficient systems sets the attention from the single component on the entire technical system. At TU Darmstadt, a new field of research named Technical Operations Research (TOR) has its origin. It combines mathematical and technical know-how for the optimal design of technical systems. We illustrate our optimization approach in a case study for the design of a ventilation system with the ambition to minimize the energy consumption for a temporal distribution of diverse load demands. By combining scaling laws with our optimization methods we find the optimal combination of fans and show the advantage of the use of multiple fans.
Energy-efficient components do not automatically lead to energy-efficient systems. Technical Operations Research (TOR) shifts the focus from the single component to the system as a whole and finds its optimal topology and operating strategy simultaneously. In previous works, we provided a preselected construction kit of suitable components for the algorithm. This approach may give rise to a combinatorial explosion if the preselection cannot be cut down to a reasonable number by human intuition. To reduce the number of discrete decisions, we integrate laws derived from similarity theory into the optimization model. Since the physical characteristics of a production series are similar, it can be described by affinity and scaling laws. Making use of these laws, our construction kit can be modeled more efficiently: Instead of a preselection of components, it now encompasses whole model ranges. This allows us to significantly increase the number of possible set-ups in our model. In this paper, we present how to embed this new formulation into a mixed-integer program and assess the run time via benchmarks. We present our approach on the example of a ventilation system design problem.
Planning the layout and operation of a technical system is a common task
for an engineer. Typically, the workflow is divided into consecutive stages: First,
the engineer designs the layout of the system, with the help of his experience or of
heuristic methods. Secondly, he finds a control strategy which is often optimized
by simulation. This usually results in a good operating of an unquestioned sys-
tem topology. In contrast, we apply Operations Research (OR) methods to find a
cost-optimal solution for both stages simultaneously via mixed integer program-
ming (MILP). Technical Operations Research (TOR) allows one to find a provable
global optimal solution within the model formulation. However, the modeling error
due to the abstraction of physical reality remains unknown. We address this ubiq-
uitous problem of OR methods by comparing our computational results with mea-
surements in a test rig. For a practical test case we compute a topology and control
strategy via MILP and verify that the objectives are met up to a deviation of 8.7%.
A new method for improved autoclave loading within the restrictive framework of helicopter manufacturing is proposed. It is derived from experimental and numerical studies of the curing process and aims at optimizing tooling positions in the autoclave for fast and homogeneous heat-up. The mold positioning is based on two sets of information. The thermal properties of the molds, which can be determined via semi-empirical thermal simulation. The second information is a previously determined distribution of heat transfer coefficients inside the autoclave. Finally, an experimental proof of concept is performed to show a cycle time reduction of up to 31% using the proposed methodology.
Inmitten des Stuttgarter Kessels findet sich Deutschlands einziger zoologisch-botanischer Garten wieder – die Wilhelma. Umrahmt von einer denkmalgeschützten Parkanlage des 19. Jahrhunderts mit maurischen Gebäuden lässt sie Bildung mit Freizeit verschmelzen. Das neue Erscheinungsbild positioniert die schwäbische Einrichtung sowohl als Ort des Zusammenkommens als auch der Erholung und Wissensvermittlung. Bereits vor dem Betreten der Wilhelma soll ihre besondere Charakteristik aufgezeigt und entscheidend von ähnlichen Institutionen distanziert werden. Das grundlegende Gestaltungskonzept rückt die Symbiose aus Zoologie, Botanik und Historie in den Vordergrund. Inspiriert von der maurischen Architektur basiert die Gesamtgestaltung auf feinen geometrischen Formen. Diese bieten Orientierung, unterstreichen die Vielfältigkeit der Wilhelma und vereinen sich darüber hinaus im Logo miteinander.
Wir alle haben schon einmal von ihnen gehört. Die einen kennen sie aus dem Geschichtsunterricht, die anderen haben sie vielleicht auch schon mal bewusst oder unbewusst auf der Straße gesehen. Einige sind es sogar selbst. Die Rede ist von jüdischen Menschen in Deutschland.
In unserer Bundesrepublik wird die jüdische Bevölkerung unausweichlich mit dem Gedanken des Holocausts verbunden. Jüdinnen und Juden wird somit eine Identität zugesprochen, mit der sie nichts zu tun haben. Es findet eine Stigmatisierung statt. Dabei sind jüdische Menschen heutzutage so divers wie noch nie. Das Printmedium »Ich sehe was, was Du nicht siehst« beleuchtet diese selten wahrgenommene Diversität und zeigt durch spannende Interviews eine jüdische Welt, die außerhalb der NS-Verbrechen liegt. Darüber hinaus findet man Informationen zu verschiedenen jüdischen Bräuchen, historischen Ereignissen und interessanten Infografiken.
Müll ist immer und überall vorhanden – auch wenn wir ihn nicht sehen. Gerade unsichtbarer Müll birgt für den Menschen und seine Umwelt erhebliche Gefahren, die durch seine Unsichtbarkeit irrelevant erscheinen. Die Publikation mit dem Titel mikromakro deckt durch verschiedene Artikel, Interviews und Texte die Gefahren auf, die durch den unsichtbaren Müll entstehen.
Ziel war es, eine Bookazine-Reihe zu konzipieren, die in sechs Ausgaben das Thema des unsichtbaren Mülls beleuchtet. Die erste Ausgabe zum Thema Kunststoff wurde exemplarisch gestaltet.
Zusätzlich zum redaktionellen Teil untermauern Infografiken die Texte faktisch und Fotoserien emotional.
Da unsichtbarer Müll auf zwei Ebenen zu finden ist – der Makro- (groß) und Mikroebene (klein) – wurde die Publikation inhaltlich zweigeteilt, sodass sich das Layout und die Fotoserien vom Mikro- und Makroteil unterscheiden.