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An approach to automatically generate a dynamic energy simulation model in Modelica for a single existing building is presented. It aims at collecting data about the status quo in the preparation of energy retrofits with low effort and costs. The proposed method starts from a polygon model of the outer building envelope obtained from photogrammetrically generated point clouds. The open-source tools TEASER and AixLib are used for data enrichment and model generation. A case study was conducted on a single-family house. The resulting model can accurately reproduce the internal air temperatures during synthetical heating up and cooling down. Modelled and measured whole building heat transfer coefficients (HTC) agree within a 12% range. A sensitivity analysis emphasises the importance of accurate window characterisations and justifies the use of a very simplified interior geometry. Uncertainties arising from the use of archetype U-values are estimated by comparing different typologies, with best- and worst-case estimates showing differences in pre-retrofit heat demand of about ±20% to the average; however, as the assumptions made are permitted by some national standards, the method is already close to practical applicability and opens up a path to quickly estimate possible financial and energy savings after refurbishment.
Past earthquakes demonstrated the high vulnerability of industrial facilities equipped with complex process technologies leading to serious damage of the process equipment and multiple and simultaneous release of hazardous substances in industrial facilities. Nevertheless, the design of industrial plants is inadequately described in recent codes and guidelines, as they do not consider the dynamic interaction between the structure and the installations and thus the effect of seismic response of the installations on the response of the structure and vice versa. The current code-based approach for the seismic design of industrial facilities is considered not enough for ensure proper safety conditions against exceptional event entailing loss of content and related consequences. Accordingly, SPIF project (Seismic Performance of Multi-Component Systems in Special Risk Industrial Facilities) was proposed within the framework of the European H2020 - SERA funding scheme (Seismology and Earthquake Engineering Research Infrastructure Alliance for Europe). The objective of the SPIF project is the investigation of the seismic behaviour of a representative industrial structure equipped with complex process technology by means of shaking table tests. The test structure is a three-story moment resisting steel frame with vertical and horizontal vessels and cabinets, arranged on the three levels and connected by pipes. The dynamic behaviour of the test structure and of its relative several installations is investigated. Furthermore, both process components and primary structure interactions are considered and analyzed. Several PGA-scaled artificial ground motions are applied to study the seismic response at different levels. After each test, dynamic identification measurements are carried out to characterize the system condition. The contribution presents the experimental setup of the investigated structure and installations, selected measurement data and describes the obtained damage. Furthermore, important findings for the definition of performance limits, the effectiveness of floor response spectra in industrial facilities will be presented and discussed.
This paper describes the concept of an innovative, interdisciplinary, user-oriented earthquake warning and rapid response system coupled with a structural health monitoring system (SHM), capable to detect structural damages in real time. The novel system is based on interconnected decentralized seismic and structural health monitoring sensors. It is developed and will be exemplarily applied on critical infrastructures in Lower Rhine Region, in particular on a road bridge and within a chemical industrial facility. A communication network is responsible to exchange information between sensors and forward warnings and status reports about infrastructures’health condition to the concerned recipients (e.g., facility operators, local authorities). Safety measures such as emergency shutdowns are activated to mitigate structural damages and damage propagation. Local monitoring systems of the infrastructures are integrated in BIM models. The visualization of sensor data and the graphic representation of the detected damages provide spatial content to sensors data and serve as a useful and effective tool for the decision-making processes after an earthquake in the region under consideration.
Seismic vulnerability estimation of existing structures is unquestionably interesting topic of high priority, particularly after earthquake events. Having in mind the vast number of old masonry buildings in North Macedonia serving as public institutions, it is evident that the structural assessment of these buildings is an issue of great importance. In this paper, a comprehensive methodology for the development of seismic fragility curves of existing masonry buildings is presented. A scenario – based method that incorporates the knowledge of the tectonic style of the considered region, the active fault characterization, the earth crust model and the historical seismicity (determined via the Neo Deterministic approach) is used for calculation of the necessary response spectra. The capacity of the investigated masonry buildings has been determined by using nonlinear static analysis. MINEA software (SDA Engineering) is used for verification of the structural safety of the structures Performance point, obtained from the intersection of the capacity of the building and the spectra used, is selected as a response parameter. The thresholds of the spectral displacement are obtained by splitting the capacity curve into five parts, utilizing empirical formulas which are represented as a function of yield displacement and ultimate displacement. As a result, four levels of damage limit states are determined. A maximum likelihood estimation procedure for the process of fragility curves determination is noted as a final step in the proposed procedure. As a result, region specific series of vulnerability curves for structures are defined.
Experimental investigation of behaviour of masonry infilled RC frames under out-of-plane loading
(2021)
Masonry infills are commonly used as exterior or interior walls in reinforced concrete (RC) frame structures and they can be encountered all over the world, including earthquake prone regions. Since the middle of the 20th century the behaviour of these non-structural elements under seismic loading has been studied in numerous experimental campaigns. However, most of the studies were carried out by means of in-plane tests, while there is a lack of out-of-plane experimental investigations. In this paper, the out-of-plane tests carried out on full scale masonry infilled frames are described. The results of the out-of-plane tests are presented in terms of force-displacement curves and measured out-of-plane displacements. Finally, the reliability of existing analytical approaches developed to estimate the out-of-plane strength of masonry infills is examined on presented experimental results.
Reinforced concrete frames with masonry infill walls are popular form of construction all over the world as well in seismic regions. While severe earthquakes can cause high level of damage of both reinforced concrete and masonry infills, earthquakes of lower to medium intensity some-times can cause significant level of damage of masonry infill walls. Especially important is the level of damage of face loaded infill masonry walls (out-of-plane direction) as out-of-plane load cannot only bring high level of damage to the wall, it can also be life-threating for the people near the wall. The response in out-of-plane direction directly depends on the prior in-plane damage, as previous investigation shown that it decreases resistance capacity of the in-fills. Behaviour of infill masonry walls with and without prior in-plane load is investigated in the experimental campaign and the results are presented in this paper. These results are later compared with analytical approaches for the out-of-plane resistance from the literature. Conclusions based on the experimental campaign on the influence of prior in-plane damage on the out-of-plane response of infill walls are compared with the conclusions from other authors who investigated the same problematic.
In the context of the Solvency II directive, the operation of an internal risk model is a possible way for risk assessment and for the determination of the solvency capital requirement of an insurance company in the European Union. A Monte Carlo procedure is customary to generate a model output. To be compliant with the directive, validation of the internal risk model is conducted on the basis of the model output. For this purpose, we suggest a new test for checking whether there is a significant change in the modeled solvency capital requirement. Asymptotic properties of the test statistic are investigated and a bootstrap approximation is justified. A simulation study investigates the performance of the test in the finite sample case and confirms the theoretical results. The internal risk model and the application of the test is illustrated in a simplified example. The method has more general usage for inference of a broad class of law-invariant and coherent risk measures on the basis of a paired sample.
Rehabilitative body weight supported gait training aims at restoring walking function as a key element in activities of daily living. Studies demonstrated reductions in muscle and joint forces, while kinematic gait patterns appear to be preserved with up to 30% weight support. However, the influence of body weight support on muscle architecture, with respect to fascicle and series elastic element behavior is unknown, despite this having potential clinical implications for gait retraining. Eight males (31.9 ± 4.7 years) walked at 75% of the speed at which they typically transition to running, with 0% and 30% body weight support on a lower-body positive pressure treadmill. Gastrocnemius medialis fascicle lengths and pennation angles were measured via ultrasonography. Additionally, joint kinematics were analyzed to determine gastrocnemius medialis muscle–tendon unit lengths, consisting of the muscle's contractile and series elastic elements. Series elastic element length was assessed using a muscle–tendon unit model. Depending on whether data were normally distributed, a paired t-test or Wilcoxon signed rank test was performed to determine if body weight supported walking had any effects on joint kinematics and fascicle–series elastic element behavior. Walking with 30% body weight support had no statistically significant effect on joint kinematics and peak series elastic element length. Furthermore, at the time when peak series elastic element length was achieved, and on average across the entire stance phase, muscle–tendon unit length, fascicle length, pennation angle, and fascicle velocity were unchanged with respect to body weight support. In accordance with unchanged gait kinematics, preservation of fascicle–series elastic element behavior was observed during walking with 30% body weight support, which suggests transferability of gait patterns to subsequent unsupported walking.
The compliant nature of distal limb muscle-tendon units is traditionally considered suboptimal in explosive movements when positive joint work is required. However, during accelerative running, ankle joint net mechanical work is positive. Therefore, this study aims to investigate how plantar flexor muscle-tendon behavior is modulated during fast accelerations. Eleven female sprinters performed maximum sprint accelerations from starting blocks, while gastrocnemius muscle fascicle lengths were estimated using ultrasonography. We combined motion analysis and ground reaction force measurements to assess lower limb joint kinematics and kinetics, and to estimate gastrocnemius muscle-tendon unit length during the first two acceleration steps. Outcome variables were resampled to the stance phase and averaged across three to five trials. Relevant scalars were extracted and analyzed using one-sample and two-sample t-tests, and vector trajectories were compared using statistical parametric mapping. We found that an uncoupling of muscle fascicle behavior from muscle-tendon unit behavior is effectively used to produce net positive mechanical work at the joint during maximum sprint acceleration. Muscle fascicles shortened throughout the first and second steps, while shortening occurred earlier during the first step, where negative joint work was lower compared with the second step. Elastic strain energy may be stored during dorsiflexion after touchdown since fascicles did not lengthen at the same time to dissipate energy. Thus, net positive work generation is accommodated by the reuse of elastic strain energy along with positive gastrocnemius fascicle work. Our results show a mechanism of how muscles with high in-series compliance can contribute to net positive joint work.
Performing tasks, such as running and jumping, requires activation of the agonist and antagonist muscles before (motor unit pre-activation) and during movement performance (Santello and Mcdonagh, 1998). A well-timed and regulated muscle activation elicits a stretch-shortening cycle (SSC) response, naturally occurring in bouncing movements (Ishikawa and Komi, 2004; Taube et al., 2012). By definition, the SSC describes the stretching of a pre-activated muscle-tendon complex immediately followed by a muscle shortening in the concentric push-off phase (Komi, 1984).
Given the importance of SSC actions for human movement, it is not surprising that many studies investigated the biomechanics of this phenomenon; in particular, drop jumps (DJs) represent a good paradigm to study muscle fascicle and tendon behavior in ballistic movements involving the SSC.
Within a DJ, three main phases [pre-activation, braking, and push-off (PO; Komi, 2000)] have been recognized and extensively studied in common and challenging conditions, such as changes in load, falling height, or simulated hypo-gravity (Avela et al., 1994; Arampatzis et al., 2001; Fukashiro et al., 2005; Ishikawa et al., 2005; Sousa et al., 2007; Ritzmann et al., 2016; Helm et al., 2020).
These studies show that the timing and amount of triceps-surae muscle-tendon unit pre-activation in DJs are differentially regulated based on the load applied to the muscle, being optimal in normal “Earth” gravity conditions (Avela et al., 1994), but decreased in simulated hypo-gravity, hyper-gravity (Avela et al., 1994; Ritzmann et al., 2016), or unknown conditions (i.e., unknown falling heights; Helm et al., 2020). Some authors indicated that, when falling from heights different from the optimal one [defined as the drop height giving a maximum DJ performance indicated as peak ground reaction force (GRF) or jump high], electromyographic (EMG) activity of the plantar flexors increases from lower than optimal to higher than optimal heights (Ishikawa and Komi, 2004; Sousa et al., 2007).
These findings highlight the ability of the central nervous system to regulate the timing and amount of pre-activation according to different jumping conditions, thus regulating muscle fascicle length, tendon and joint stiffness as well as position, in order to safely land on the ground and quickly re-bounce.
Similarly, to pre-activation, also in the braking phase, the plantar flexors are differentially regulated. In optimal height (i.e., load) jumping conditions, gastrocnemius medialis (GM) fascicles shorten at early ground contact (possibly due to the intervention of the stretch reflex; Gollhofer et al., 1992) and behave quasi-isometrically in the late braking phase, enabling tendon elongation, and storage of elastic energy (Gollhofer et al., 1992; Fukashiro et al., 2005; Sousa et al., 2007). When increasing the falling height (augmenting the impact GRF), the quasi-isometric behavior of fascicles disappears, and fast fascicle lengthening occurs (Ishikawa et al., 2005; Sousa et al., 2007).
In the third and last PO phase, fascicles shorten and the tendon releases the elastic energy previously stored. Bobbert et al. (1987) reported no influence of jumping height on the work done and on the net vertical impulse assessed during PO; this observation suggests that, despite an optimal DJ performance might be achieved only in specific conditions (falling heights, loads), the central nervous system seems to be able to regulate muscle behavior in order to effectively perform the required task also in challenging situations.
Although the regulation of triceps-surae muscle-tendon unit in DJs has been extensively investigated, very few studies focused on sarcomeres behavior during the performance of this SSC movement (Kurokawa et al., 2003; Fukashiro et al., 2005, 2006). Sarcomeres represent muscle contractile units and are known to express different amounts of force depending on their length (Gordon et al., 1966; Walker and Schrodt, 1974); thus, understanding the time course of their responses during DJs is fundamental to gain further insights into muscle force-generating capacity. In vivo measurement of sarcomere length in humans has been so far been performed only in static positions and under highly controlled experimental conditions (Llewellyn et al., 2008; Sanchez et al., 2015). Instead, human sarcomere length estimation (achieved by dividing GM measured fascicle length for a fixed sarcomere number) in dynamic contractions provided an indirect measure of sarcomere operating range during squat jump, countermovement jump, and DJ (Fukashiro et al., 2005, 2006; Kurokawa et al., 2003). The results of these studies showed that sarcomeres operate in the ascending limb of their length-tension (L-T) relationship in all types of jumps, and particularly so in DJ.
However, most of the available observations on sarcomere and muscle fascicle behavior were made in condition of constant gravity. Thus, in order to understand how sarcomere and muscle fascicle length are regulated in variable gravity conditions, we performed experiments in a parabolic flight, involving variable gravity levels, ranging from about zero-g to about double the Earth’s gravity (1 g; Waldvogel et al., 2021).
Specifically, the aims of the present study were as follows:
1. To investigate the ability of the neuromuscular system in regulating fascicle length in response to conditions of variable gravity.
2. To estimate sarcomere operative length in the different DJ phases, in order to calculate its theoretical force production and its possible modulation in conditions of variable gravity.
We hypothesized that muscle fascicles would be differentially regulated in different gravity conditions compared to 1 g, particularly in anticipation of landing and re-bouncing in unknown gravity levels. In addition, we hypothesized that sarcomeres would operate in the upper part of the ascending limb of their L-T relationship, possibly lengthening during the braking phase (especially in hyper-gravity) while operating quasi-isometrically in 1 g.
Achilles tendon rupture (ATR) patients have persistent functional deficits in the triceps surae muscle–tendon unit (MTU). The complex remodeling of the MTU accompanying these deficits remains poorly understood. The purpose of the present study was to associate in vivo and in silico data to investigate the relations between changes inMTU properties and strength deficits inATR patients. Methods: Elevenmale subjects who had undergone surgical repair of complete unilateral ATR were examined 4.6 ± 2.0 (mean ± SD) yr after rupture. Gastrocnemius medialis (GM) tendon stiffness, morphology, and muscle architecture were determined using ultrasonography. The force–length relation of the plantar flexor muscles was assessed at five ankle joint angles. In addition, simulations (OpenSim) of the GM MTU force–length properties were performed with various iterations of MTU properties found between the unaffected and the affected side. Results: The affected side of the patients displayed a longer, larger, and stiffer GM tendon (13% ± 10%, 105% ± 28%, and 54% ± 24%, respectively) compared with the unaffected side. The GM muscle fascicles of the affected side were shorter (32% ± 12%) and with greater pennation angles (31% ± 26%). A mean deficit in plantarflexion moment of 31% ± 10% was measured. Simulations indicate that pairing an intact muscle with a longer tendon shifts the optimal angular range of peak force outside physiological angular ranges, whereas the shorter muscle fascicles and tendon stiffening seen in the affected side decrease this shift, albeit incompletely. Conclusions: These results suggest that the substantial changes in MTU properties found in ATR patients may partly result from compensatory remodeling, although this process appears insufficient to fully restore muscle function.
Motile cilia are hair-like cell extensions present in multiple organs of the body. How cilia coordinate their regular beat in multiciliated epithelia to move fluids remains insufficiently understood, particularly due to lack of rigorous quantification. We combine here experiments, novel analysis tools, and theory to address this knowledge gap. We investigate collective dynamics of cilia in the zebrafish nose, due to its conserved properties with other ciliated tissues and its superior accessibility for non-invasive imaging. We revealed that cilia are synchronized only locally and that the size of local synchronization domains increases with the viscosity of the surrounding medium. Despite the fact that synchronization is local only, we observed global patterns of traveling metachronal waves across the multiciliated epithelium. Intriguingly, these global wave direction patterns are conserved across individual fish, but different for left and right nose, unveiling a chiral asymmetry of metachronal coordination. To understand the implications of synchronization for fluid pumping, we used a computational model of a regular array of cilia. We found that local metachronal synchronization prevents steric collisions and improves fluid pumping in dense cilia carpets, but hardly affects the direction of fluid flow. In conclusion, we show that local synchronization together with tissue-scale cilia alignment are sufficient to generate metachronal wave patterns in multiciliated epithelia, which enhance their physiological function of fluid pumping.
Holzbau
(2021)
Wohnen als neue soziale Frage ist mehr als die Produktion neuer Formen von Wohnen und deren architektonischer Gestalt, und auch mehr als nur die Umsetzung sich verändernder, jedoch individuell formulierter Wohnwünsche. Sie spannt sich auf zwischen gesellschafts- und nachhaltigkeitspolitischen, hardcore-kapitalistischen und globalen Rahmenbedingungen, Hardware und Software, Individuum und Gemeinwohl, Konsum und Mitgestaltung. Entscheidend sind die Akteure und die Art und Weise, wie und nach welchen Maßstäben sie handeln. Entscheidend ist aber auch, Wohnen sowohl kontextuell wie auch programmatisch neu zu denken und dadurch zu neuen Mischungen, Nachbarschaften und Bewertungskriterien einer Projekt- und Stadtentwicklung zu kommen, die mehr als die Summe seiner Einzelteile wollen – ein gutes Leben für Alle abseits der Frage des Geldbeutels und der sozialen Zugehörigkeit.
Urban farming is an innovative and sustainable way of food production and is becoming more and more important in smart city and quarter concepts. It also enables the production of certain foods in places where they usually dare not produced, such as production of fish or shrimps in large cities far away from the coast. Unfortunately, it is not always possible to show students such concepts and systems in real life as part of courses: visits of such industry plants are sometimes not possible because of distance or are permitted by the operator for hygienic reasons. In order to give the students the opportunity of getting into contact with such an urban farming system and its complex operation, an industrial urban farming plant was set up on a significantly smaller scale. Therefore, all needed technical components like water aeriation, biological and mechanical filtration or water circulation have been replaced either by aquarium components or by self-designed parts also using a 3D-printer. Students from different courses like mechanical engineering, smart building engineering, biology, electrical engineering, automation technology and civil engineering were involved in this project. This “miniature industrial plant” was also able to start operation and has now been running for two years successfully. Due to Corona pandemic, home office and remote online lectures, the automation of this miniature plant should be brought to a higher level in future for providing a good control over the system and water quality remotely. The aim of giving the student a chance to get to know the operation of an urban farming plant was very well achieved and the students had lots of fun in “playing” and learning with it in a realistic way.
FEven though BIM (Building Information Modelling) is successfully implemented in most of the world, it is still in the early stages in Germany, since the stakeholders are sceptical of its reliability and efficiency. The purpose of this paper is to analyse the opportunities and obstacles to implementing BIM for prefabrication. Among all other advantages of BIM, prefabrication is chosen for this paper because it plays a vital role in creating an impact on the time and cost factors of a construction project. The project stakeholders and participants can explicitly observe the positive impact of prefabrication, which enables the breakthrough of the scepticism factor among the small-scale construction companies. The analysis consists of the development of a process workflow for implementing prefabrication in building construction followed by a practical approach, which was executed with two case studies. It was planned in such a way that, the first case study gives a first-hand experience for the workers at the site on the BIM model so that they can make much use of the created BIM model, which is a better representation compared to the traditional 2D plan. The main aim of the first case study is to create a belief in the implementation of BIM Models, which was succeeded by the execution of offshore prefabrication in the second case study. Based on the case studies, the time analysis was made and it is inferred that the implementation of BIM for prefabrication can reduce construction time, ensures minimal wastes, better accuracy, less problem-solving at the construction site. It was observed that this process requires more planning time, better communication between different disciplines, which was the major obstacle for successful implementation. This paper was carried out from the perspective of small and medium-sized mechanical contracting companies for the private building sector in Germany.
Industrie 4.0 stellt viele Herausforderungen an produzierende Unternehmen und ihre Beschäf-tigten. Innovative und effektive Trainingsstrategien sind erforderlich, um mit den sich schnell verändernden Produktionsumgebungen und neuen Fertigungstechnologien Schritt halten zu können. Virtual Reality (VR) bietet neue Möglichkeiten für On-the-Job, On-Demand- und Off-Premise-Schulungen. Diese Arbeit stellt ein neues VR Schulungssystem vor, welches sich flexible an unterschiedliche Trainingsobjekte auf Grundlage von Rezepten und CAD Modellen anpassen lässt. Das Konzept basiert auf gerichteten azyklischen Graphen und einem Level-system. Es ermöglicht eine benutzerindividuelle Lerngeschwindigkeit mittels visueller Ele-mente. Das Konzept wurde für einen mechanischen Anwendungsfall mit Industriekomponen-ten implementiert und in der Industrie 4.0-Modellfabrik der FH Aachen umgesetzt.
In addition to electromobility and alternative drive systems, a focus is set on electrically driven compressors (EDC), with a high potential for increasing the efficiency of internal combustion engines (ICE) and fuel cells [01]. The primary objective is to increase the ICE torque, provided independently of the ICE speed by compressing the intake air and consequently the ICE filling level supported by the compressor. For operation independent from the ICE speed, the EDC compressor is decoupled from the turbine by using an electric compressor motor (CM) instead of the turbine. ICE performances can be increased by the use of EDC where individual compressor parameters are adapted to the respective application area [02] [03]. This task contains great challenges, increased by demands with regard to pollutant reduction while maintaining constant performance and reduced fuel consumption. The FH-Aachen is equipped with an EDC test bench which enables EDC-investigations in various configurations and operating modes. Characteristic properties of different compressors can be determined, which build the basis for a comparison methodology. Subject of this project is the development of a comparison methodology for EDC with an associated evaluation method and a defined overall evaluation method. For the application of this comparison methodology, corresponding series of measurements are carried out on the EDC test bench using an appropriate test device.
In this paper we report on CO2 Meter, a do-it-yourself carbon dioxide measuring device for the classroom. Part of the current measures for dealing with the SARS-CoV-2 pandemic is proper ventilation in indoor settings. This is especially important in schools with students coming back to the classroom even with high incidents rates. Static ventilation patterns do not consider the individual situation for a particular class. Influencing factors like the type of activity, the physical structure or the room occupancy are not incorporated. Also, existing devices are rather expensive and often provide only limited information and only locally without any networking. This leaves the potential of analysing the situation across different settings untapped. Carbon dioxide level can be used as an indicator of air quality, in general, and of aerosol load in particular. Since, according to the latest findings, SARS-CoV-2 can be transmitted primarily in the form of aerosols, carbon dioxide may be used as a proxy for the risk of a virus infection. Hence, schools could improve the indoor air quality and potentially reduce the infection risk if they actually had measuring devices available in the classroom. Our device supports schools in ventilation and it allows for collecting data over the Internet to enable a detailed data analysis and model generation. First deployments in schools at different levels were received very positively. A pilot installation with a larger data collection and analysis is underway.
In the context of the Corona pandemic and its impact on teaching like digital lectures and exercises a new concept especially for freshmen in demanding courses of Smart Building Engineering became necessary. As there were hardly any face-to-face events at the university, the new teaching concept should enable a good start into engineering studies under pandemic conditions anyway and should also replace the written exam at the end. The students should become active themselves in small teams instead of listening passively to a lecture broadcast online with almost no personal contact. For this purpose, a role play was developed in which the freshmen had to work out a complete solution to the realistic problem of designing, construction planning and implementing a small guesthouse. Each student of the team had to take a certain role like architect, site manager, BIM-manager, electrician and the technitian for HVAC installations. Technical specifications must be complied with, as well as documentation, time planning and cost estimate. The final project folder had to contain technical documents like circuit diagrams for electrical components, circuit diagrams for water and heating, design calculations and components lists. On the other hand construction schedule, construction implementation plan, documentation of the construction progress and minutes of meetings between the various trades had to be submitted as well. In addition to the project folder, a model of the construction project must also be created either as a handmade model or as a digital 3D-model using Computer-aided design (CAD) software. The first steps in the field of Building information modelling (BIM) had also been taken by creating a digital model of the building showing the current planning status in real time as a digital twin. This project turned out to be an excellent training of important student competencies like teamwork, communication skills, and self -organisation and also increased motivation to work on complex technical questions. The aim of giving the student a first impression on the challenges and solutions in building projects with many different technical trades and their points of view was very well achieved and should be continued in the future.
The worldwide Corona pandemic has severely restricted student projects in the higher semesters of engineering courses. In order not to delay the graduation, a new concept had to be developed for projects under lockdown conditions. Therefore, unused rooms at the university should be digitally recorded in order to develop a new usage concept as laboratory rooms. An inventory of the actual state of the rooms was done first by taking photos and listing up all flaws and peculiarities. After that, a digital site measuring was done with a 360° laser scanner and these recorded scans were linked to a coherent point cloud and transferred to a software for planning technical building services and supporting Building Information Modelling (BIM). In order to better illustrate the difference between the actual and target state, two virtual reality models were created for realistic demonstration. During the project, the students had to go through the entire digital planning phases. Technical specifications had to be complied with, as well as documentation, time planning and cost estimate. This project turned out to be an excellent alternative to on-site practical training under lockdown conditions and increased the students’ motivation to deal with complex technical questions.
Dynamic retinal vessel analysis (DVA) provides a non-invasive way to assess microvascular function in patients and potentially to improve predictions of individual cardiovascular (CV) risk. The aim of our study was to use untargeted machine learning on DVA in order to improve CV mortality prediction and identify corresponding response alterations.
The recently discovered first hyperbolic objects passing through the Solar System, 1I/’Oumuamua and 2I/Borisov, have raised the question about near term missions to Interstellar Objects. In situ spacecraft exploration of these objects will allow the direct determination of both their structure and their chemical and isotopic composition, enabling an entirely new way of studying small bodies from outside our solar system. In this paper, we map various Interstellar Object classes to mission types, demonstrating that missions to a range of Interstellar Object classes are feasible, using existing or near-term technology. We describe flyby, rendezvous and sample return missions to interstellar objects, showing various ways to explore these bodies characterizing their surface, dynamics, structure and composition. Their direct exploration will constrain their formation and history, situating them within the dynamical and chemical evolution of the Galaxy. These mission types also provide the opportunity to explore solar system bodies and perform measurements in the far outer solar system.
Introduction: In peripheral percutaneous (VA) extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) procedures the femoral arteries perfusion route has inherent disadvantages regarding poor upper body perfusion due to watershed. With the advent of new long flexible cannulas an advancement of the tip up to the ascending aorta has become feasible. To investigate the impact of such long endoluminal cannulas on upper body perfusion, a Computational Fluid Dynamics (CFD) study was performed considering different support levels and three cannula positions.
Methods: An idealized literature-based- and a real patient proximal aortic geometry including an endoluminal cannula were constructed. The blood flow was considered continuous. Oxygen saturation was set to 80% for the blood coming from the heart and to 100% for the blood leaving the cannula. 50% and 90% venoarterial support levels from the total blood flow rate of 6 l/min were investigated for three different positions of the cannula in the aortic arch.
Results: For both geometries, the placement of the cannula in the ascending aorta led to a superior oxygenation of all aortic blood vessels except for the left coronary artery. Cannula placements at the aortic arch and descending aorta could support supra-aortic arteries, but not the coronary arteries. All positions were able to support all branches with saturated blood at 90% flow volume.
Conclusions: In accordance with clinical observations CFD analysis reveals, that retrograde advancement of a long endoluminal cannula can considerably improve the oxygenation of the upper body and lead to oxygen saturation distributions similar to those of a central cannulation.
Introduction
In regard of surgical training, the reproducible simulation of life-like proximal humerus fractures in human cadaveric specimens is desirable. The aim of the present study was to develop a technique that allows simulation of realistic proximal humerus fractures and to analyse the influence of rotator cuff preload on the generated lesions in regards of fracture configuration.
Materials and methods
Ten cadaveric specimens (6 left, 4 right) were fractured using a custom-made drop-test bench, in two groups. Five specimens were fractured without rotator cuff preload, while the other five were fractured with the tendons of the rotator cuff preloaded with 2 kg each. The humeral shaft and the shortened scapula were potted. The humerus was positioned at 90° of abduction and 10° of internal rotation to simulate a fall on the elevated arm. In two specimens of each group, the emergence of the fractures was documented with high-speed video imaging. Pre-fracture radiographs were taken to evaluate the deltoid-tuberosity index as a measure of bone density. Post-fracture X-rays and CT scans were performed to define the exact fracture configurations. Neer’s classification was used to analyse the fractures.
Results
In all ten cadaveric specimens life-like proximal humerus fractures were achieved. Two III-part and three IV-part fractures resulted in each group. The preloading of the rotator cuff muscles had no further influence on the fracture configuration. High-speed videos of the fracture simulation revealed identical fracture mechanisms for both groups. We observed a two-step fracture mechanism, with initial impaction of the head segment against the glenoid followed by fracturing of the head and the tuberosities and then with further impaction of the shaft against the acromion, which lead to separation of the tuberosities.
Conclusion
A high energetic axial impulse can reliably induce realistic proximal humerus fractures in cadaveric specimens. The preload of the rotator cuff muscles had no influence on initial fracture configuration. Therefore, fracture simulation in the proximal humerus is less elaborate. Using the presented technique, pre-fractured specimens are available for real-life surgical education.
Orthodontic treatments are concomitant with mechanical forces and thereby cause teeth movements. The applied forces are transmitted to the tooth root and the periodontal ligaments which is compressed on one side and tensed up on the other side. Indeed, strong forces can lead to tooth root resorption and the crown-to-tooth ratio is reduced with the potential for significant clinical impact. The cementum, which covers the tooth root, is a thin mineralized tissue of the periodontium that connects the periodontal ligament with the tooth and is build up by cementoblasts. The impact of tension and compression on these cells is investigated in several in vivo and in vitro studies demonstrating differences in protein expression and signaling pathways. In summary, osteogenic marker changes indicate that cyclic tensile forces support whereas static tension inhibits cementogenesis. Furthermore, cementogenesis experiences the same protein expression changes in static conditions as static tension, but cyclic compression leads to the exact opposite of cyclic tension. Consistent with marker expression changes, the singaling pathways of Wnt/ß-catenin and RANKL/OPG show that tissue compression leads to cementum degradation and tension forces to cementogenesis. However, the cementum, and in particular its cementoblasts, remain a research area which should be explored in more detail to understand the underlying mechanism of bone resorption and remodeling after orthodontic treatments.
Digitalisierung macht’s möglich: mittlerweile beziehen sich Designer:innen in ihrer Konzeptentwicklung immer häufiger auf Referenzdesigns. Sie picken sich die Eigenschaften aus ihnen heraus, von denen sie sich die größte Marktfähigkeit versprechen, und basteln sie zu einem neuen Produkt zusammen. Voilà.
Doch wie unkonventionell kann Design noch sein? Wie viel Luft bleibt der Kreativität unter dem immer enger geschnürten Korsett der Marktfähigkeit?
Alexej Kaspor eröffnet die Diskussion mit einem provokanten Projekt, das einen kritischen Blick in die Zukunft des Industriedesigns wirft.
Dazu fasst er gängige Designprogramme in einer Software zusammen und verbindet sie mit einer künstlichen Intelligenz, die die aktuelle Entwicklung digital rationalisieren und auf die Spitze treiben soll.
Diese führt Meta-Analysen über das Nutzungsverhalten durch und prüft damit Frameworks von Referenzdesigns auf ihre Vermarktbarkeit. Aus diesen entwickelt sie dann Gestaltungsvorschläge, ohne beim Seiltanz zwischen Trendhörigkeit und Scheinindividualismus aus dem Gleichgewicht zu kommen. Innerhalb von Sekunden werden den Designer:innen perfekte Vorschläge übers Metaverse simuliert. Auf dem Silbertablett serviert, übersichtlich und gefährlich einfach. Bereit, kombiniert und in Produktion gebracht zu werden.
Auch mit dem Tracking der KI kann niemand mithalten: um immer am Puls der Zeit zu bleiben, benachrichtigt sie die Designer:innen in Echtzeit über die neuesten Innovationen und Trends.
Ressourcenraubendes Herumprobieren in CAD-Programmen gehört also der Vergangenheit an. Das Programm schafft Abhilfe, und verspricht dabei auch noch die höchste Effizienz, konkret: garantiertes Kapital.
Schlagende Argumente, die die Schwächen der Konsumgesellschaft und Kommerzialisierung gezielt ausgenutzen. Es entsteht die perfekte Marketingmaßnahme, ein genialer Treiber für den Turbokapitalismus. Kram, den niemand braucht und zynische Statussymbole inklusive.
Der Stolz der geltungsbedürftigen Designer:innen wird dabei selbstverständlich nicht untergraben. Sie sollen mitziehen. Mit zahlreichen Notches wird der Erfolg und die Konkurrenzfähigkeit des Produkts prognostiziert und ihnen Honig ums Maul geschmiert.
Die beklemmende Vorahnung wird sich bestätigen. Schritt für Schritt enteignet die KI den Designer:innen ihre Kreativität, bis sie nicht mehr sind als die Kurator:innen berechenbarer Produktkonzepte. Der Spätkapitalismus hat sie in der Mangel.
Versprochen: diese Arbeit lässt niemanden kalt.
Für manche mag es banal wirken, doch für Gestalter:innen ist sie unverzichtbar: eine wirklich gute Leuchte für den Arbeitsplatz. Sie hat nämlich einen enormen Einfluss auf die Konzentration und den Komfort. Zudem ermöglicht gutes Licht erst ein sauberes und farbechtes Ergebnis. Dafür wurde in diesem Projekt die perfekte Leuchte entwickelt.
Sie leuchtet die Arbeitsfläche ideal aus und unterstützt das Lesen, Schreiben oder die Arbeit mit technischen Geräten. Durch fünf Drehpunkte ist die Leuchte in alle Richtungen zu bewegen und lässt sich somit individuell auf ihre Aufgaben anpassen. Außerdem wurde Wert daraufgelegt, bestehende Normen und Vorschiften einzuhalten, um den Arbeit- und Gesundheitsschutz zu gewährleisten.
Feierabend? Durch die Dim-Funktion wird die Arbeitsleuchte zu einer gemütlichen Lichtquelle. Unter anderem durch die unsichtbare Stromführung überzeugt die Lampe mit ihrer minimalistischen Designsprache und lässt sich in unterschiedlichste Räume integrieren.
VIUR : urbanes Lagerfeuer
(2022)
Es kann ganze Lebensräume auslöschen, und doch wäre unsere Welt nicht die gleiche ohne Feuer. Feuer spielt eine wichtige Rolle in der menschlichen Evolution und diente unseren Vorfahren zum Schutz vor wilden Tieren, Kochen und zum Wärmen. Auch Gespräche am Lagerfeuer sollen einen erheblichen Einfluss auf die soziale und kulturelle Evolution des Menschen gehabt haben.
Kein Wunder also, dass die Menschen bis heute mit Feuer ein Gefühl von Gemeinschaft und Geborgenheit verbinden. Genau diese Wirkung greift „VIUR“ auf und macht Feuer alltagstauglich für eine Welt, die von Urbanisierung und Digitalisierung geprägt ist. Entstanden ist ein Hybrid aus einem Tischfeuer und einem Grill. Somit entsteht sowohl das sinnliche Erlebnis einer Feuerstelle als auch die Möglichkeit, kleine Speisen zuzubereiten.
Die smarte Konstruktion und ein Sicherheitsbrennstoff, mit dem sich kaum Rauch entwickeln kann, ermöglicht die Nutzung im kleinen Garten, aber eben auch auf einem Stadtbalkon. So kann das Lagerfeuer wieder seinen Zauber entfalten.
Digital start-ups are perceived as an engine for innovation and job promotor. While success factors for non-IT start-ups have already been extensively researched, this study sheds light on digital entrepreneurs, whose business model relies primarily on services based on digital technologies. Applying the Grounded Theory method, we identify relevant environmental success factors for digital entrepreneurs. The study’s research contribution is threefold. First, we provide 16 relevant and less relevant environmental success factors, which enables a comparison with prior identified factors. We found out that several prior environmental success factors, such as accessibility to transportation or the availability of land and facilities are less relevant for a digital entrepreneur. Second, we derive and discuss hypotheses for the influence of these factors on digital start-up success. Third, we present a theoretical model that lays the foundation for explaining the environmental influence on digital
entrepreneurship success.
Wettbewerbsregeln (§§ 24-27)
(2022)
Self Made Man
(2022)
Selbst in unserer heutigen, modernen Gesellschaft gehört das Thema ‚Transgender‘ noch für einige Menschen zu den Tabuthemen. Transgender sind Menschen, bei denen die gefühlte, geschlechtliche Identität nicht mit dem bei der Geburt zugewiesenem, körperlichem Geschlecht übereinstimmt. Dabei definiert sich die Geschlechterrolle nicht nur durch die Sexualität, sondern durch die ganze Persönlichkeit eines Menschen. Trans* Personen wollen in erster Linie von der Gesellschaft als Menschen akzeptiert werden. Eine erfolgte oder angestrebte Geschlechtsumwandlung ist damit nicht zwingend verbunden. Das Projekt soll zeigen, dass Trans*Personen Menschen sind wie jeder andere auch. Es geht nicht um die Sexualität sondern um den Menschen und seine Geschichte. Mithilfe des Bildbandes soll man die Person “Jay Moch“ ohne Vorurteile gegenüber dem Thema “Transgeschlechtlichkeit“ kennenlernen. Am Anfang lernt man einen jungen Mann kennen, der gerne ins Fitnessstudio geht und Shisha raucht. Je tiefer man das Buch durchblättert und hinschaut, desto mehr erfährt man über seine inspirierende Lebensgeschichte und die Umwandlung zum Mann.
Unterhaltungsgegenstände und ihre Add-Ons stellen für viele Menschen ein wichtiger Bestandteil eines ausgewogenen Lebens dar und sind somit nicht mehr aus klassischen Haushalten wegzudenken. Doch nicht jeder Menschen hat überhaupt Zugang zu ihnen, weil die Systeme meistens auf Durchschnittsbürger:Innen abgestimmt sind. Davon betroffen sind beispielsweise Menschen mit Blindheit und Seheinschränkung. Um das Angebot individueller zu gestalten, wurde diesem Projekt ein Home-Entertainment-System entwickelt, das eben genau auf die Bedürfnisse dieser Gruppe zugeschnitten ist. Für die bedienungsfreundliche Gestaltung wurde im gesamten Prozess besonders viel Wert auf die konkrete Lebensrealität von Blinden und Menschen mit Seheinschränkungen gelegt. Hier sollen mögliche Einschränkungen überwunden werden und sich möglichst den tatsächlichen Anforderungen in der Praxis anpassen.
Dazu musste zunächst ein umfassendes Verständnis des Krankheitsbildes geschult werden. Außerdem wurde ein Blick in den Alltag dieser Menschen geworfen. Welche Home-Entertainmentgeräte finden bereits im Wohnzimmer Platz und welche Komplikationen gibt es mit ihnen? Die breite Palette an Produkten gibt einen Eindruck davon, welche Funktionen ersetzt und welche Systeme gegebenenfalls miteinander verknüpft werden können.
Auf der Basis umfassender Recherche ist eine Fernbedienung entstanden, die sowohl per Sprachsteuerung als auch über physische Steuerung steuerbar ist. Zahlreiche taktile Elemente geben Orientierung bei der Nutzung und gewährleisten ein reibungsloses und handliches Nutzungserlebnis. Die Arbeit öffnet den Blick für andere Lebenswelten und plädiert für den Abbau von Barrieren für ein selbstbestimmteres Leben.
In dieser Arbeit wurde sich mit der Frage auseinandergesetzt, wie sich der Nahrungsmittelanbau im urbanen Raum entwickeln könnte. Eine spannende Alternative zu traditionellen Anbaumethoden ist die Hydroponik, der Anbau von Pflanzen ohne Erde. Basierend auf dieser Technologie wurde in diesem Projekt ein Indoor-Garden-System gestaltet, welches den Nahrungsmittelanbau zurück zur Verbraucher:In bringt und zu einem bewussteren Umgang mit Lebensmitteln anregen soll.
Denn mit „INGA“ kann frisches, pestizidfreies Blattgemüse ganz einfach zu Hause selbst angebaut werden. Das hydroponische System schafft mithilfe einer Nährstofflösung und künstlichem Licht optimale Wachstumsbedingungen für die Pflanzen – ganz unabhängig von örtlichen Gegebenheiten. Mithilfe seiner Modularität können Nutzer:Innen „INGA“ nach Belieben konfigurieren. Damit wird es einer breiten Zielgruppe mit unterschiedlichen Bedürfnissen gerecht und ermöglicht pestizidfreie Nahrung – auch in den Städten.
Ländliche Regionen sind häufig infrastrukturell schlechter versorgt als urbane Räume, was sich insbesondere auf die Versorgung mit Gütern des täglichen Bedarfs niederschlägt. Menschen außerhalb städtischer Ballungsgebiete müssen deswegen oft lange Anfahrten zu Supermärkten in Kauf nehmen. Hierbei sind sie vor allem auf das Auto angewiesen.
In dieser Arbeit ist „ILSE“ entstanden. Eine Verkaufsbox, die Menschen in ländlichen Raumstrukturen besser mit Waren versorgt, indem sie dort aufgestellt wird, wo sie auch wirklich benötigt wird.
Dank digitaler Verkaufstechnologien ist „ILSE“ durchgehend geöffnet, auch, wenn andere Supermärkte längst geschlossen sind. Mit einer App wird der Kundschaft der Zugang zum Verkaufsraum und das Bezahlen ermöglicht.
bulk : Konzeption und Gestaltung einer mobilen Anwendung eines nachhaltigen Unverpackt-Lieferservice
(2022)
Die Welt wird wortwörtlich von Plastik überschwemmt- und trotzdem ist kein Ende des trivialen Verpackungsmaterials in Sicht. Die, die sich den Konsequenzen ihres Konsumverhaltens bewusst sind, haben immer noch keinen flächendeckenden Zugang zu Unverpacktläden und es mangelt schlicht an praktischen Alternativen.
Hier knüpft die App „bulk“ an und schlägt ausschließlich unverpackte Lebensmittel vor – bequem bis zur Haustür geliefert. Das Angebot ist qualitativ hochwertig und meist regional. Für ein positives Kauferlebnis veranschaulicht „bulk“, wie viel Plastik mit den Produkten im Vergleich zu einem konventionellen Wocheneinkauf eingespart werden kann. Das gibt Nutzer:Innen eine Grundlage, ihre Entscheidungen kritisch zu hinterfragen und schult den Blick für den Impact sich summierender Kleinigkeiten.
Es ist nachweislich gesünder und häufig günstiger selber zu kochen und es gibt dem Menschen mehr Kontrolle über seine Ernährung.
Bis dato wird keine Küchenmaschine angeboten, die von blinden Menschen bedient werden kann, obwohl gerade solche Produkte den Alltag dieser Gruppe enorm vereinfachen könnten. „Clu.“ ist ein modulares Küchensystem, welches von einer App unterstützt wird. Die Basis besteht aus einer Küchenmaschine, die über Sprache und haptische Bedienelemente gesteuert wird. Durch die Anwendung des Mehr-Sinne-Prinzip, der Simplifizierung von Funktionen und der Einbindung von Smart Home Komponenten werden nicht nur Menschen mit Sehbeeinträchtigungen profitieren. Beispielsweise funktioniert das Kochen nach Rezept nun ähnlich wie das Hören eines Hörbuches und die User können sich dem in ihrem favorisierten Tempo annehmen. „Clu.“ ist ein Ansatz für eine neue Kategorie von Produkten, die zeigen, wie attraktiv inklusivere Produktlösungen aussehen können.
Kleidung umgibt den menschlichen Körper seit etwa 75.000 Jahren. Seitdem dient sie dabei längst mehr nur als Schutz, sondern ist zu einem wichtigen Kommunikationsmittel geworden. Vor allem Identität spielte schon immer eine wichtige Rolle in ihrer Funktion. Im 15. Jahrhundert entstand die erste Uniform, die durch identische Kleidung Zusammengehörigkeit vermitteln sollte. Dieses Konzept findet heute in der Corporate Fashion, Berufskleidung und zivilen Kontexten Verwendung und vermittelt nebenher Visionen und Philosophien der Corporate Identities. In dieser Arbeit wurde eine tiefgehende Recherche über die Geschichte, Funktion und Wirkung von Uniformen betrieben und Kategorien untersucht, in die sich diese einteilen lassen. Anschließend wurden die Ergebnisse in einem ausgewählten Layout als Buch zusammengefasst und mit Portraits uniformtragender Menschen unterstützt. Abschließend folgt ein Leitfaden, der eine gezielte Gestaltung von Uniformen ermöglicht.
The recent amendment to the Ethernet physical layer known as the IEEE 802.3cg specification, allows to connect devices up to a distance of one kilometer and delivers a maximum of 60 watts of power over a twisted pair of wires. This new standard, also known as 10BASE-TIL, promises to overcome the limits of current physical layers used for field devices and bring them a step closer to Ethernet-based applications. The main advantage of 10BASE- TIL is that it can deliver power and data over the same line over a long distance, where traditional solutions (e.g., CAN, IO-Link, HART) fall short and cannot match its 10 Mbps bandwidth. Due to its recentness, IOBASE- TIL is still not integrated into field devices and it has been less than two years since silicon manufacturers released the first Ethernet-PHY chips. In this paper, we present a design proposal on how field devices could be integrated into a IOBASE-TIL smart switch that allows plug-and-play connectivity for sensors and actuators and is compliant with the Industry 4.0 vision. Instead of presenting a new field-level protocol for this work, we have decided to adopt the IO-Link specification which already includes a plug-and-play approach with features such as diagnosis and device configuration. The main objective of this work is to explore how field devices could be integrated into 10BASE-TIL Ethernet, its adaption with a well-known protocol, and its integration with Industry 4.0 technologies.
Gamification applications are on the rise in the manufacturing sector to customize working scenarios, offer user-specific feedback, and provide personalized learning offerings. Commonly, different sensors are integrated into work environments to track workers’ actions. Game elements are selected according to the work task and users’ preferences. However, implementing gamified workplaces remains challenging as different data sources must be established, evaluated, and connected. Developers often require information from several areas of the companies to offer meaningful gamification strategies for their employees. Moreover, work environments and the associated support systems are usually not flexible enough to adapt to personal needs. Digital twins are one primary possibility to create a uniform data approach that can provide semantic information to gamification applications. Frequently, several digital twins have to interact with each other to provide information about the workplace, the manufacturing process, and the knowledge of the employees. This research aims to create an overview of existing digital twin approaches for digital support systems and presents a concept to use digital twins for gamified support and training systems. The concept is based upon the Reference Architecture Industry 4.0 (RAMI 4.0) and includes information about the whole life cycle of the assets. It is applied to an existing gamified training system and evaluated in the Industry 4.0 model factory by an example of a handle mounting.
Additive Manufacturing (AM) of metallic workpieces faces a continuously rising technological relevance and market size. Producing complex or highly strained unique workpieces is a significant field of application, making AM highly relevant for tool components. Its successful economic application requires systematic workpiece based decisions and optimizations. Considering geometric and technological requirements as well as the necessary post-processing makes deciding effortful and requires in-depth knowledge. As design is usually adjusted to established manufacturing, associated technological and strategic potentials are often neglected. To embed AM in a future proof industrial environment, software-based self-learning tools are necessary. Integrated into production planning, they enable companies to unlock the potentials of AM efficiently. This paper presents an appropriate methodology for the analysis of process-specific AM-eligibility and optimization potential, added up by concrete optimization proposals. For an integrated workpiece characterization, proven methods are enlarged by tooling-specific figures.
The first stage of the approach specifies the model’s initialization. A learning set of tooling components is described using the developed key figure system. Based on this, a set of applicable rules for workpiece-specific result determination is generated through clustering and expert evaluation. Within the following application stage, strategic orientation is quantified and workpieces of interest are described using the developed key figures. Subsequently, the retrieved information is used for automatically generating specific recommendations relying on the generated ruleset of stage one. Finally, actual experiences regarding the recommendations are gathered within stage three. Statistic learning transfers those to the generated ruleset leading to a continuously deepening knowledge base. This process enables a steady improvement in output quality.
Eine Applikation für die soziale Interaktion zwischen Teams und Arbeitnehmern eines Unternehmens, welche Remote und/oder Hybrid arbeiten.
Wissen teilen, Weiterbilden, Wohlfühlen
In den letzten zwei Jahren kam es auf Grund der Corona-Pandemie, trotz der vielen Kommunikationsmöglichkeiten, im Privat-, sowie Arbeitsleben zu erheblichen sozialen Einschränkungen.
Genau hier setzt die Applikation „Companion“ an, um dem Arbeitnehmer das In-Office-Gefühl auch Remote übersetzen zu können. Der Arbeitnehmer kann mit seinen Kollegen sozialisieren, diese besser kennenlernen und wird zusätzlich durch Events und Workshops professionell weitergebildet.
Die Facetten Hamburgs
(2022)
Im Rahmen dieser Masterarbeit entsteht ein neues Erscheinungsbild für die "Stiftung Historische Museen Hamburg". Dabei wurde ein medienübergreifendes Gestaltungskonzept entwickelt, welches dazu dienen soll, die Stiftung und deren musealen Einrichtungen modern, aussagekräftig und repräsentativ neu aufleben zu lassen, als auch das Interesse unserer Gesellschaft für Kunst, Kultur und Geschichte zu wecken und damit die Zielgruppe zu erweitern. Hierzu wurde das Corporate Design neu entwickelt, minimalisiert und modernisiert. Durch den aufgeräumten und organisierten digitalen Auftritt gelangen Interessenten schneller und gezielter zu Informationen über die Stiftung, die einzelnen Museen und deren Programm und Ausstellungen. Zusätzlich dienen als weiterführende Informationsquellen neu getslatete analoge Medien in Form von Plakaten, Flyern, Broschüren und Eintrittskarten. Weitestgehend wurde das Corporate Design in den urbanen Lebensraum der Stadt Hamburg integriert und neu interpretiert. Aus dem Gestaltungskonzept lässt sich ebenfalls ein neues Leitsystem zur besseren Orientierung in den Museen ableiten. Das Designkonzept zieht sich wie ein roter Faden durch alle Medien, um eine Einheit und einen Wiedererkennungswert zu schaffen und seriös und informativ zu wirken. Das Projekt ist rein fiktiv.
Eye movement modelling examples (EMME) are instructional videos that display a
teacher’s eye movements as “gaze cursor” (e.g. a moving dot) superimposed on the
learning task. This study investigated if previous findings on the beneficial effects of EMME would extend to online lecture videos and compared the effects of displaying the teacher’s gaze cursor with displaying the more traditional mouse cursor as a tool to guide learners’ attention. Novices (N = 124) studied a pre-recorded video lecture on how to model business processes in a 2 (mouse cursor absent/present) × 2 (gaze cursor absent/present) between-subjects design. Unexpectedly, we did not find significant effects of the presence of gaze or mouse cursors on mental effort and learning. However, participants who watched videos with the gaze cursor found it easier to follow the teacher. Overall, participants responded positively to the gaze cursor, especially when the mouse cursor was not displayed in the video.
Upcoming gasoline engines should run with a larger number of fuels beginning from petrol over methanol up to gas by a wide range of compression ratios and a homogeneous charge. In this article, the microwave (MW) spark plug, based on a high-speed frequency hopping system, is introduced as a solution, which can support a nitrogen compression ratio up to 1:39 in a chamber and more. First, an overview of the high-speed frequency hopping MW ignition and operation system as well as the large number of applications are presented. Both gives an understanding of this new base technology for MW plasma generation. Focus of the theoretical part is the explanation of the internal construction of the spark plug, on the achievable of the high voltage generation as well as the high efficiency to hold the plasma. In detail, the development process starting with circuit simulations and ending with the numerical multiphysics field simulations is described. The concept is evaluated with a reference prototype covering the frequency range between 2.40 and 2.48 GHz and working over a large power range from 20 to 200 W. A larger number of different measurements starting by vector hot-S11 measurements and ending by combined working scenarios out of hot temperature, high pressure and charge motion are winding up the article. The limits for the successful pressure tests were given by the pressure chamber. Pressures ranged from 1 to 39 bar and charge motion up to 25 m/s as well as temperatures from 30◦ to 125◦.
Messenger apps like WhatsApp or Telegram are an integral part of daily communication. Besides the various positive effects, those services extend the operating range of criminals. Open trading groups with many thousand participants emerged on Telegram. Law enforcement agencies monitor suspicious users in such chat rooms. This research shows that text analysis, based on natural language processing, facilitates this through a meaningful domain overview and detailed investigations. We crawled a corpus from such self-proclaimed black markets and annotated five attribute types products, money, payment methods, user names, and locations. Based on each message a user sends, we extract and group these attributes to build profiles. Then, we build features to cluster the profiles. Pretrained word vectors yield better unsupervised clustering results than current
state-of-the-art transformer models. The result is a semantically meaningful high-level overview of the user landscape of black market chatrooms. Additionally, the extracted structured information serves as a foundation for further data exploration, for example, the most active users or preferred payment methods.
Schlafspindeln – Funktion, Detektion und Nutzung als Biomarker für die psychiatrische Diagnostik
(2022)
Hintergrund:
Die Schlafspindel ist ein Graphoelement des Elektroenzephalogramms
(EEG), das im Leicht- und Tiefschlaf beobachtet werden kann. Veränderungen der
Spindelaktivität wurden für verschiedene psychiatrische Erkrankungen beschrieben. Schlafspindeln zeigen aufgrund ihrer relativ konstanten Eigenschaften Potenzial als Biomarker in der psychiatrischen Diagnostik.
Methode:
Dieser Beitrag liefert einen Überblick über den Stand der Wissenschaft
zu Eigenschaften und Funktionen der Schlafspindeln sowie über beschriebene
Veränderungen der Spindelaktivität bei psychiatrischen Erkrankungen. Verschiedene methodische Ansätze und Ausblicke zur Spindeldetektion werden hinsichtlich deren Anwendungspotenzial in der psychiatrischen Diagnostik erläutert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung:
Während Veränderungen der Spindelaktivität
bei psychiatrischen Erkrankungen beschrieben wurden, ist deren exaktes Potenzial für die psychiatrische Diagnostik noch nicht ausreichend erforscht. Diesbezüglicher Erkenntnisgewinn wird in der Forschung gegenwärtig durch ressourcenintensive und fehleranfällige Methoden zur manuellen oder automatisierten Spindeldetektion ausgebremst. Neuere Detektionsansätze, die auf Deep-Learning-Verfahren basieren, könnten die Schwierigkeiten bisheriger Detektionsmethoden überwinden und damit neue Möglichkeiten für die praktisch
This paper covers the use of the magnetic Wiegand effect to design an innovative incremental encoder. First, a theoretical design is given, followed by an estimation of the achievable accuracy and an optimization in open-loop operation.
Finally, a successful experimental verification is presented. For this purpose, a permanent magnet synchronous machine is controlled in a field-oriented manner, using the angle information of the prototype.
Daten und Informationen sind die wichtigsten Ressourcen vieler Unternehmen und müssen daher entsprechend geschützt werden. Getrieben durch die erhöhte Vernetzung von Informationstechnologie, die höhere Offenheit infolge datengetriebener Dienstleistungen und eine starke Zunahme an Datenquellen, rücken die Gefahren von Informationsdiebstahl, -manipulation und -verlust in den Fokus von produzierenden Unternehmen. Auf dem Weg zum lern- und wandlungsfähigen Unternehmen kann dies zu einem großen Hindernis werden, da einerseits zu hohe Sicherheitsanforderungen neue Entwicklungen beschränken, andererseits wegen des Mangels an ausreichenden Informationssicherheitskonzepten Unternehmen weniger Innovationen wagen. Deshalb bedarf es individuell angepasster Konzepte für die Bereiche IT-Security, IT-Safety und Datenschutz für vernetzte Produkte, Produktion und Arbeitsplätze. Bei der Entwicklung und Durchsetzung dieser Konzepte steht der Faktor Mensch im Zentrum aller Überlegungen.
In diesem Kapitel wird dargestellt, wie der Faktor Mensch bei der Erstellung von Informationssicherheitskonzepten in verschiedenen Phasen zu beachten ist. Beginnend mit der Integration von Informationssystemen und damit verbundenen Sicherheitsmaßnahmen, über die Administration, bis hin zur Anwendung durch den Endnutzer, werden Methoden beschrieben, die den Menschen, verbunden mit seinem Mehrwert wie auch den Risiken, einschließen. Dabei werden sowohl Grundlagen aufgezeigt als auch Konzepte vorgestellt, mit denen Entscheider in der Unternehmens-IT Leitlinien für die Informationssicherheit festlegen können.
Cybersecurity of Industrial Control Systems (ICS) is an important issue, as ICS incidents may have a direct impact on safety of people or the environment. At the same time the awareness and knowledge about cybersecurity, particularly in the context of ICS, is alarmingly low. Industrial honeypots offer a cheap and easy to implement way to raise cybersecurity awareness and to educate ICS staff about typical attack patterns. When integrated in a productive network, industrial honeypots may not only reveal attackers early but may also distract them from the actual important systems of the network. Implementing multiple honeypots as a honeynet, the systems can be used to emulate or simulate a whole Industrial Control System. This paper describes a network of honeypots emulating HTTP, SNMP, S7communication and the Modbus protocol using Conpot, IMUNES and SNAP7. The nodes mimic SIMATIC S7 programmable logic controllers (PLCs) which are widely used across the globe. The deployed honeypots' features will be compared with the features of real SIMATIC S7 PLCs. Furthermore, the honeynet has been made publicly available for ten days and occurring cyberattacks have been analyzed
Physikalische Chemie kompakt
(2022)
Garderobe- ist ein Möbelstück, dessen Nutzungsbedingungen alleine von den Jahreszeiten und dem Wetter bestimmt werden. Mit dem Wechsel der Saison verändert sich auch unsere Garderobe. Garderobe ist auch erstes Erscheinungsbild eines Zuhauses, welches vieles über deren Bewohner verrät. Goodays ist eine erweiterungsfähige und nach dem Wetter/Zweck veränderbare Station. Es gibt Feuchtigkeit und Schmutz orientierte Flächen und lüftungsfähige Räume, um Gerüche zu vermeiden. Die Dimensionen sind flexibel, was nicht viel Platz und Lichtfang wegnimmt. Die Tiefe des Möbelstückes entspricht den notwendigen Kleidern und Schuhmaßen. Verschiede Bestandteile der Kollektion unterstützen bei der Forderung zur Ruhe und verringern den visuellen Lärm. Geschlossene Stauräume sorgen für mehr Ordnung und Neutralität. Die Station bietet Komfort in der Form von Sitzfläche und ausreichender Ablagefläche.
Die Arbeit „Modularität im Caravaning“ befasst sich mit der konzeptionellen und gestalterischen Ausarbeitung eines Interior-Systems nach dem Vorbild modularer Bauweise für die Anwendung in mobilen Reisewägen.
Das Projekt steht im Kontext einer Diskrepanz zwischen den unflexiblen Ausstattungen gängiger Reisewägen und den Nutzeranforderungen nach einer anpassungsfähigen Einrichtung.
Die Lebenszeit eines Wohnwagens liegt im Durchschnitt zwischen 25-30 Jahren. In dieser Zeitspanne durchlaufen die Nutzer unterschiedliche Lebensphasen, aus denen sich neue Nutzungsszenarien ergeben können. Die festverklebten und verschraubten Einrichtungen bestehender Caravankonzepte stehen einer flexiblen Umgestaltung des Innenraumes nach den Bedürfnissen der Nutzer jedoch entgegen und erschweren darüber hinaus Reparaturen und das Recycling am Produktlebensende.
Die Covid-19 Pandemie hat den Caravan-Trend weiterhin verstärkt. Die Digitalisierung und eine ortsungebundene Arbeit schafft neue Nutzungsszenarien in dem der Caravan als Office-Camper zum Einsatz kommt.
Das Interior-system „CAMO“ ermöglicht es Nutzern Veränderungen des Innenraumes vorzunehmen, indem Modulkörper gemäß einer Rasterung in dem Innenraum an Boden- und Wandschienen flexibel angeordnet und befestigt werden können.
Die Nutzer gewinnen mehr Autonomie in der Mitgestaltung des Umfeldes, indem er das Interior nach seinen Bedürfnissen anpassen kann. Die trennbaren Modulbaukörper aus recycelfähigen Materialien ermöglichen überdies eine verbesserte Reparierbarkeit und erleichtern die Zurückführung in den Stoffkreislauf am Produktlebensende.
Das modulare Interior-System „CAMO“ beantwortet das Bedürfnis nach einer flexiblen Inneneinrichtung, die sich an die wandelnden Nutzungsszenarien anpasst.
Pandemische Momente
(2022)
In times of short product life cycles, additive manufacturing and rapid tooling are important methods to make tool development and manufacturing more efficient. High-performance polymers are the key to mold production for prototypes and small series. However, the high temperatures during vulcanization injection molding cause thermal aging and can impair service life. The extent to which the thermal stress over the entire process chain stresses the material and whether it leads to irreversible material aging is evaluated. To this end, a mold made of PEEK is fabricated using fused filament fabrication and examined for its potential application. The mold is heated to 200 ◦C, filled with rubber, and cured. A differential scanning calorimetry analysis of each process step illustrates the crystallization behavior and first indicates the material resistance. It shows distinct cold crystallization regions at a build chamber temperature of 90 ◦C. At an ambient temperature above Tg, crystallization of 30% is achieved, and cold crystallization no longer occurs. Additional tensile tests show a decrease in tensile strength after ten days of thermal aging. The steady decrease in recrystallization temperature indicates degradation of the additives. However, the tensile tests reveal steady embrittlement of the material due to increasing crosslinking.
Die Chance der fiktionalen Literatur : Literatur der Fiktion als Anstoß für Information und Diskurs
(2022)
Der informative Charakter fiktionaler Texte sollte nicht unterschätzt werden. Mit dem Projekt wird durch „Buddenbrooks“ von Thomas Mann gezeigt, wie relevante und redebedürftige Themen in der Literatur angesprochen werden. Dafür gibt es zusätzliche Text- und Info-Impulse als ergänzendes Buch zum Roman. Neben diesen Vertiefungsbüchern gibt es eine Inszenierung des Buches mit Beispielen aus den Büchern. Die Ausstellung kann Teil eines Messestandes sein oder für sich existieren und bietet einen ersten Kontakt mit der Idee des Projektes und mit den Büchern selbst. Zusätzliches Interesse an der Arbeit wird durch Social Media Posts generiert, die den wichtigen Part des Austauschs und der Diskussion fördern, wozu das Projekt auch anregen möchte. „Die Chance der fiktionalen Literatur“ regt Leser:innen an, fiktionale Literatur anders zu betrachten und einen größeren Nutzen aus der Fiktion zu ziehen.
Process mining gets more and more attention even outside large enterprises and can be a major benefit for small and medium sized enterprises (SMEs) to gain competitive advantages. Applying process mining is challenging, particularly for SMEs because they have less resources and process maturity. So far, IS researchers analyzed process mining challenges with a focus on larger companies. This paper investigates the application of process mining by means of a case study and sheds light into the particular challenges of an IT SME. The results reveal 13 SME process mining challenges and seven guidelines to address them. In this way, the paper contributes to the understanding of process mining application in SME and shows similarities and differences to larger companies.
In the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process, parts are built out of metal powder material by exposure of a laser beam. During handling operations of the powder material, several influencing factors can affect the properties of the powder material and therefore directly influence the processability during manufacturing. Contamination by moisture due to handling operations is one of the most critical aspects of powder quality. In order to investigate the influences of powder humidity on LPBF processing, four materials (AlSi10Mg, Ti6Al4V, 316L and IN718) are chosen for this study. The powder material is artificially humidified, subsequently characterized, manufactured into cubic samples in a miniaturized process chamber and analyzed for their relative density. The results indicate that the processability and reproducibility of parts made of AlSi10Mg and Ti6Al4V are susceptible to humidity, while IN718 and 316L are barely influenced.
Nuclear magnetic resonance (NMR) spectrometric methods for the quantitative analysis of pure heparin in crude heparin is proposed. For quantification, a two-step routine was developed using a USP heparin reference sample for calibration and benzoic acid as an internal standard. The method was successfully validated for its accuracy, reproducibility, and precision. The methodology was used to analyze 20 authentic porcine heparinoid samples having heparin content between 4.25 w/w % and 64.4 w/w %. The characterization of crude heparin products was further extended to a simultaneous analysis of these common ions: sodium, calcium, acetate and chloride. A significant, linear dependence was found between anticoagulant activity and assayed heparin content for thirteen heparinoids samples, for which reference data were available. A Diffused-ordered NMR experiment (DOSY) can be used for qualitative analysis of specific glycosaminoglycans (GAGs) in heparinoid matrices and, potentially, for quantitative prediction of molecular weight of GAGs. NMR spectrometry therefore represents a unique analytical method suitable for the simultaneous quantitative control of organic and inorganic composition of crude heparin samples (especially heparin content) as well as an estimation of other physical and quality parameters (molecular weight, animal origin and activity).
Das Ziel des INTERREG-Projektes „SHAREuregio“ (FKZ: 34.EFRE-0300134)
ist es, grenzüberschreitende Mobilität in der Euregio Rhein-Maas-Nord zu
ermöglichen und zu fördern. Dazu soll ein elektromobiles Car- und Bikesharing-
System entwickelt und in der Stadt Mönchengladbach, im Kreis Viersen
sowie in den Gemeinden Roermond und Venlo (beide NL) zusammen mit den
Partnern Wirtschaftsförderung Mönchengladbach, Wirtschaftsförderung für den
Kreis Viersen, NEW AG, Goodmoovs (NL), Greenflux (NL) und der FH Aachen
implementiert werden. Zunächst richtet sich das Angebot, bestehend aus 40
Elektroautos und 40 Elektrofahrrädern, an Unternehmen und wird nach einer
Erprobungsphase, mit einer größeren Anzahl an Fahrzeugen, auch für Privatpersonen
verfügbar gemacht werden. Die Fahrzeuge stehen bei den jeweiligen
Anwendungspartnern in Deutschland und den Niederlanden.
Im Rahmen dieses Projektes hat die FH Aachen „FlexSHARE“ entwickelt
– ein methodisches Framework zur innovativen Gestaltung urbaner Sharing-
Angebote. Das Framework ermöglicht es, anhand von messbaren Kenngrößen,
bedarfsgerechte und auf die Region abgestimmte Sharing-Systeme zu entwickeln.
Der Themenkomplex urbane Mobilität ist getrieben durch den Verkehrsinfarkt in Ballungszentren, durch Luftverschmutzung und Lärm, sowie den Trend zum Leben in der Stadt in den städteplanerischen Fokus gerückt. Emissionsneutrale Antriebskonzepte in der Luftfahrt führen zu Ansätzen Fluggeräte einzusetzen, die batteriegetrieben vertikal aufsteigen und landen können. Flugphysikalisch und energetisch ist diese Technik nur dann sinnvoll, wenn es zwingende Gründe gibt (z.B. Rettungseinsätze), daher wird der flugphysikalische Hintergrund prinzipiell erläutert. Es werden einige aktuelle Lufttransportkonzepte für eine urbane Personenbeförderung vorgestellt. Sollte es verstärkt zu Lufttransport über Städten kommen, müssen betroffene Lufträume geordnet und überwacht werden. Wie kompatibel Lufttransportsysteme mit den heute bereits relevanten urbanen Beförderungsmitteln sein müssen, wird kritisch diskutiert. Abschließend werden die Aspekte Akzeptanz durch die Kunden und Wirtschaftlichkeit ebenso angerissen, wie die hochproblematische Rohstoffgewinnung, die Entsorgung und das Recycling von Batterien.
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.
Next Generation Manufacturing promises significant improvements in performance, productivity, and value creation. In addition to the desired and projected improvements regarding the planning, production, and usage cycles of products, this digital transformation will have a huge impact on work, workers, and workplace design. Given the high uncertainty in the likelihood of occurrence and the technical, economic, and societal impacts of these changes, we conducted a technology foresight study, in the form of a real-time Delphi analysis, to derive reliable future scenarios featuring the next generation of manufacturing systems. This chapter presents the organization dimension and describes each projection in detail, offering current case study examples and discussing related research, as well as implications for policy makers and firms. Specifically, we highlight seven areas in which the digital transformation of production will change how we work, how we organize the work within a company, how we evaluate these changes, and how employment and labor rights will be affected across company boundaries. The experts are unsure whether the use of collaborative robots in factories will replace traditional robots by 2030. They believe that the use of hybrid intelligence will supplement human decision-making processes in production environments. Furthermore, they predict that artificial intelligence will lead to changes in management processes, leadership, and the elimination of hierarchies. However, to ensure that social and normative aspects are incorporated into the AI algorithms, restricting measurement of individual performance will be necessary. Additionally, AI-based decision support can significantly contribute toward new, socially accepted modes of leadership. Finally, the experts believe that there will be a reduction in the workforce by the year 2030.
Sportvereine verlieren zunehmend Mitglieder. Grund dafür ist der wachsende Wunsch nach unabhängigen Trainingsmöglichkeiten. GYMLET bietet den Sportler:innen die Möglichkeit, ihre Fitness funktional, selbstorganisiert und unabhängig zu trainieren. Dabei kann durch den selbstbestimmten Trainingsort neben der körperlichen Fitness vor allem die Motivation zur sportlichen Aktivität und das Wohlbefinden gesteigert werden. Unterstützt wird das Trainingssystem durch eine App, welche den Sportler:innen neben Nutzungsmöglichkeiten als Coach und Trainingsplaner dient. Um diese Trainingsmöglichkeit an die Zielgruppe heranzutragen, ist eine Kampagnenstrategie aus zwei Phasen entstanden. In dieser sollen Postings und Clips über Instagram und Youtube veröffentlicht werden. Zusätzlich werden Zeitschriften und mögliche Kooperationen mit Therapeuten oder Freizeitunterkünften zur Veröffentlichung der Kampagne genutzt.
Frequency mixing magnetic detection (FMMD) has been widely utilized as a measurement technique in magnetic immunoassays. It can also be used for the characterization and distinction (also known as “colourization”) of different types of magnetic nanoparticles (MNPs) based on their core sizes. In a previous work, it was shown that the large particles contribute most of the FMMD signal. This leads to ambiguities in core size determination from fitting since the contribution of the small-sized particles is almost undetectable among the strong responses from the large ones. In this work, we report on how this ambiguity can be overcome by modelling the signal intensity using the Langevin model in thermodynamic equilibrium including a lognormal core size distribution fL(dc,d0,σ) fitted to experimentally measured FMMD data of immobilized MNPs. For each given median diameter d0, an ambiguous amount of best-fitting pairs of parameters distribution width σ and number of particles Np with R2 > 0.99 are extracted. By determining the samples’ total iron mass, mFe, with inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), we are then able to identify the one specific best-fitting pair (σ, Np) one uniquely. With this additional externally measured parameter, we resolved the ambiguity in core size distribution and determined the parameters (d0, σ, Np) directly from FMMD measurements, allowing precise MNPs sample characterization.
Biomedical applications of magnetic nanoparticles (MNP) fundamentally rely on the particles’ magnetic relaxation as a response to an alternating magnetic field. The magnetic relaxation complexly depends on the interplay of MNP magnetic and physical properties with the applied field parameters. It is commonly accepted that particle core size is a major contributor to signal generation in all the above applications, however, most MNP samples comprise broad distribution spanning nm and more. Therefore, precise knowledge of the exact contribution of individual core sizes to signal generation is desired for optimal MNP design generally for each application. Specifically, we present a magnetic relaxation simulation-driven analysis of experimental frequency mixing magnetic detection (FMMD) for biosensing to quantify the contributions of individual core size fractions towards signal generation. Applying our method to two different experimental MNP systems, we found the most dominant contributions from approx. 20 nm sized particles in the two independent MNP systems. Additional comparison between freely suspended and immobilized MNP also reveals insight in the MNP microstructure, allowing to use FMMD for MNP characterization, as well as to further fine-tune its applicability in biosensing.
In this paper research activities developed within the FutureCom project are presented. The project, funded by the European Metrology Programme for Innovation and Research (EMPIR), aims at evaluating and characterizing: (i) active devices, (ii) signal- and power integrity of field programmable gate array (FPGA) circuits, (iii) operational performance of electronic circuits in real-world and harsh environments (e.g. below and above ambient temperatures and at different levels of humidity), (iv) passive inter-modulation (PIM) in communication systems considering different values of temperature and humidity corresponding to the typical operating conditions that we can experience in real-world scenarios. An overview of the FutureCom project is provided here, then the research activities are described.
Image reconstruction analysis for positron emission tomography with heterostructured scintillators
(2022)
The concept of structure engineering has been proposed for exploring the next generation of radiation detectors with improved performance. A TOF-PET geometry with heterostructured scintillators with a pixel size of 3.0×3.1×15 mm3 was simulated using Monte Carlo. The heterostructures consisted of alternating layers of BGO as a dense material with high stopping power and plastic (EJ232) as a fast light emitter. The detector time resolution was calculated as a function of the deposited and shared energy in both materials on an event-by-event basis. While sensitivity was reduced to 32% for 100 μm thick plastic layers and 52% for 50 μm, the CTR distribution improved to 204±49 ps and 220±41 ps respectively, compared to 276 ps that we considered for bulk BGO. The complex distribution of timing resolutions was accounted for in the reconstruction. We divided the events into three groups based on their CTR and modeled them with different Gaussian TOF kernels. On a NEMA IQ phantom, the heterostructures had better contrast recovery in early iterations. On the other hand, BGO achieved a better contrast to noise ratio (CNR) after the 15th iteration due to the higher sensitivity. The developed simulation and reconstruction methods constitute new tools for evaluating different detector designs with complex time responses.
Industrial production systems are facing radical change in multiple dimensions. This change is caused by technological developments and the digital transformation of production, as well as the call for political and social change to facilitate a transformation toward sustainability. These changes affect both the capabilities of production systems and companies and the design of higher education and educational programs. Given the high uncertainty in the likelihood of occurrence and the technical, economic, and societal impacts of these concepts, we conducted a technology foresight study, in the form of a real-time Delphi analysis, to derive reliable future scenarios featuring the next generation of manufacturing systems. This chapter presents the capabilities dimension and describes each projection in detail, offering current case study examples and discussing related research, as well as implications for policy makers and firms. Specifically, we discuss the benefits of capturing expert knowledge and making it accessible to newcomers, especially in highly specialized industries. The experts argue that in order to cope with the challenges and circumstances of today’s world, students must already during their education at university learn how to work with AI and other technologies. This means that study programs must change and that universities must adapt their structural aspects to meet the needs of the students.
Diversity management is seen as a decisive factor for ensuring the development of socially responsible innovations (Beacham and Shambaugh, 2011; Sonntag, 2014; López, 2015; Uebernickel et al., 2015). However, many diversity management approaches fail due to a one-sided consideration of diversity (Thomas and Ely, 2019) and a lacking linkage between the prevailing organizational culture and the perception of diversity in the respective organization. Reflecting the importance of diverse perspectives, research institutions have a special responsibility to actively deal with diversity, as they are publicly funded institutions that drive socially relevant development and educate future generations of developers, leaders and decision-makers. Nevertheless, only a few studies have so far dealt with the influence of the special framework conditions of the science system on diversity management. Focusing on the interdependency of the organizational culture and diversity management especially in a university research environment, this chapter aims in a first step to provide a theoretical perspective on the framework conditions of a complex research organization in Germany in order to understand the system-specific factors influencing diversity management. In a second step, an exploratory cluster analysis is presented, investigating the perception of diversity and possible influencing factors moderating this perception in a scientific organization. Combining both steps, the results show specific mechanisms and structures of the university research environment that have an impact on diversity management and rigidify structural barriers preventing an increase of diversity. The quantitative study also points out that the management level takes on a special role model function in the scientific system and thus has an influence on the perception of diversity. Consequently, when developing diversity management approaches in research organizations, it is necessary to consider the top-down direction of action, the special nature of organizational structures in the university research environment as well as the special role of the professorial level as role model for the scientific staff.
Promoting diversity and combatting discrimination in research organizations: a practitioner’s guide
(2022)
The essay is addressed to practitioners in research management and from
academic leadership. It describes which measures can contribute to creating an inclusive climate for research teams and preventing and effectively dealing with discrimination. The practical recommendations consider the policy and organizational levels, as well as the individual perspective of research managers. Following a series of basic recommendations, six lessons learned are formulated, derived from the contributions to the edited collection on “Diversity and Discrimination in Research Organizations.”
Gastronomiebetriebe, insbesondere diese ohne zeitgemäße und durchdachte Konzepte wurden durch die Pandemie stark getroffen. Während große Fast-Food-Ketten bereits vor der Pandemie digitale Lösungen einsetzten, stehen nun auch andere Restaurantbetreiber:innen vor der Herausforderung der Digitalisierung. Gerade die Pandemie hat an dieser Stelle verdeutlicht, welche Restaurants ihre Prozesse im Sinne der User Experience durchdacht haben und welche nicht. Die Tisch-Stuhl-Kombination der „SUE“-Serie bietet Restaurants, smarte und elegante Gastronomiemöbel, die je nach Konzept in Materialität und Farbe frei anpassbar sind. Wandelbarkeit, Komfort und die Integration digitaler Lösungen sind die Kernkompetenzen und Anforderungen, die das Gastronomie-Interior in Zukunft erfüllen muss. Der smarte Bistrotisch und der wandelbare Stuhl der „SUE“-Serie zeigt einen digitalisierten und anpassbaren Lösungsansatz.
Many of today’s factors make software development more and more complex, such as time pressure, new technologies, IT security risks, et cetera. Thus, a good preparation of current as well as future software developers in terms of a good software engineering education becomes progressively important. As current research shows, Competence Developing Games (CDGs) and Serious Games can offer a potential solution.
This paper identifies the necessary requirements for CDGs to be conducive in principle, but especially in software engineering (SE) education. For this purpose, the current state of research was summarized in the context of a literature review. Afterwards, some of the identified requirements as well as some additional requirements were evaluated by a survey in terms of subjective relevance.
In Zeiten von Schnelllebigkeit ändern immer mehr Menschen bewusst ihren Umgang mit alltäglichen Dingen. Was dabei häufig in den Hintergrund rückt, ist das Thema "bewusste Kleidung". Beeinflusst durch sogenannte Fast-Fashion-Modeketten und Social Media leben wir in einer regelrechten Wegwerfgesellschaft. „Entschleunigen“ beschäftigt sich mit den Schattenseiten der Modeindustrie, zeigt aber ebenso (neue) Wege auf, die auf eine bessere Zukunft für uns und unsere Umwelt hoffen lassen. Aufgeteilt in zwei Kapitel gibt „Entschleunigen“ einen Einblick in den ökologischen und sozialen Fußabdruck der Modeindustrie und stellt zum anderen die Gegenseite vor, bei der Wert auf faire Produktion und Nachhaltigkeit gelegt wird. Das Buch „Entschleunigen“ soll über die Missstände in der Textilbranche informieren, jedoch im Umkehrschluss dazu motivieren, diese mit einfachen Mitteln zu verbessern.
Visionsbild eines BMW AG internen Tools : Optimierung einer datenzentrierten Plattform der BMW AG
(2022)
Die BMW AG verfolgt mehrere Ansätze eine optimierte Effizienzsteigerung durch eigens entwickelte Softwaretools zu erreichen. Der Fokus hierbei liegt in der Ermöglichung einer datenzentrierten, nutzerorientierten und hochautomatisierten Fahrzeugentwicklung. Das eigen von der BMW AG entwickelte Software-Tool „Parts List“ dient als digitale Bauteilliste für Entwicklungsteams. Das Tool bündelt mehrere Datenbanken und stellt diese in Echtzeit zur Verfügung. Somit kann der manuelle Pflegeaufwand erheblich reduziert und eine Durchgängigkeit einer Vielzahl von Daten ermöglicht werden. Der Fokus der Abschlussarbeit liegt in der konzeptionellen und gestalterischen Optimierung des Tools. Dabei wird insbesondere der User Centered Design Prozess betrachtet, bei dem die Nutzer bzw. die Entwicklungsteams im Zentrum stehen.
Die Stadt Augsburg war eine der größten Textilstädte Europas. Seit 2010 präsentiert das Textil- und Industriemuseum (TIM) eine Vielzahl von Exponaten in der alten Kammgarnspinnerei im ehemaligen Augsburger Textilviertel und ist somit ein wichtiger Bestandteil der bayrischen Museumslandschaft und deutschen Textilgeschichte. Neben seiner besonderen Lage überzeugt das TIM vor allem mit einer großen Musterbuchsammlung. Im Fokus des in dieser Arbeit neugestalteten Erscheinungsbildes stehen die verschiedenen Muster, die den textilen Schwerpunkt in den Vordergrund rücken und dem Museum damit einen einprägsamen Wiedererkennungswert geben. Mithilfe des neuen Corporate Designs soll das Museum für regionale und überregionale Besucher:innen attraktiver gemacht und somit die einmalige geschichtliche Bedeutung vermittelt und erhalten werden.
Migration und Integration sind weltweit zwei allseits aktuelle Themen. Umso wichtiger ist es, die Ankunft und Integration von Migrant:innen und Geflüchteten so anschaulich wie nur möglich zu gestalten. Die Zielsetzung der Arbeit „Cai – Your guide through Germany“ ist es eine digitale Anwendung in Form einer App zu konzipieren, die Geflüchtete und Migrant:innen in Deutschland während des Migrations- und Integrationsprozesses unterstützt. Dies gelingt durch das strukturierte und themenspezifische Herantragen von notwendigen Informationen, Organisation sowie Selbsthilfeangeboten an die unterschiedlichen Zielgruppen. Unter der Berücksichtigung des Migrationsgrundes und des Standortes wird eine Ausgangssituation geschaffen mit individuellen Bedürfnissen und Fragen, die es zu beantworten gilt. Während Nutzer:innen durch „Cai“ digital, selbstständig und schnell an Informationen gelangen, werden gleichzeitig Behörden und Anlaufstellen sowie ihre Leistungen und Schwerpunkte aufgeführt, die Betroffene bei weiteren Anliegen aufsuchen können, um Unterstützung zu erhalten. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit fokussiert sich das Projekt auf die Migrationsgruppe der Geflüchteten sowie ihre Fragen, Herausforderungen und Bedürfnisse in Deutschland.
Nur ein Freitag : Ein Kurzfilm über Verlust und Freundschaft im Schatten
des Zweiten Weltkrieges.
(2022)
Der Film zeigt die wahre Geschichte des 15-jährigen Hans Jokisch, welche auf den Erzählungen seiner jüngeren Schwester, der Zeitzeugin Maria Theis (geb. Jokisch), beruhen.
Der Fokus liegt auf der Sichtweise von Kindern und Jugendlichen, einer Generation, die mit dem und im Zweiten Weltkrieg aufgewachsen ist und die gleichzeitig die letzte Generation ist, die uns das Erlebte noch aus erster Hand berichten kann. Hans gelangt mit seiner Familie nach einer harten Flucht vor der Frontlinie zurück in seine Heimat in Schlesien. Doch ihr geliebtes Heim ist besetzt von Familie Schöppe. Sie haben keine Wahl, die beiden Familien müssen sich das Haus von nun an teilen. Im Laufe der Zeit wird das Jokisch Haus auch für Familie Schöppe ein Zuhause und Hans freundet sich mit dem Jungen Bruno Schöppe an. Als Deutschland 1945 kapituliert und Schlesien nun zu Polen gehört, müssen plötzlich beide Familien endgültig das Haus und all ihren Besitz zurücklassen. Hans und Bruno beschließen, die Zwangsenteignung nicht hinzunehmen, doch ihr naiver Plan wird ihnen fast zum Verhängnis.
Ocean Care ist eine politisch unabhängige Non-Profit-Organisation mit Sitz in der Schweiz. Sie setzt sich seit 1989 für den Schutz von Meeressäugern und deren Lebensraum ein. Seit 2011 ist Ocean Care außerdem UN-Sonderberaterin für Fragen im Meeresschutz. Da Ocean Care die Öffentlichkeit für das Thema Meeresschutz sensibilisieren möchte und ihre Arbeit durch Spenden finanziert wird, ist ein professionelles, vertrauenerweckendes Erscheinungsbild unerlässlich. Durch ein zeitgemäßes und seriöses Design, welches sich von anderen Organisationen abhebt, kann die Zielgruppe erweitert und die Bedeutsamkeit der Arbeit hervorgehoben werden. Das neue Erscheinungsbild beruht auf der Idee, dass sich die Informationen unter der Meeresoberfläche befinden. Die Linie, die den Meeresspiegel visualisiert, dient außerdem medienübergreifend als Orientierungshilfe.
Endlich! Nach über zwei Jahren kulturellen Stillstands richtet der Musiknetzwerk Aachen e.V. ein Festival aus. Die Bachelorandin Jana Wetzlar übernimmt hierbei die Veranstaltungsplanung und -bewerbung. Der erste Teil der Arbeit umfasst die Erarbeitung eines einzigartigen Festivalkonzepts, bei dem die Förderung von jungen Newcomerkünstler:innen und die ökologische Nachhaltigkeit der Veranstaltung im Vordergrund stehen. Eine weitere Besonderheit stellt das paritätisch besetzte Künstler:innen-Line-Up dar. Im zweiten Teil der Arbeit wurden eine umfangreiche Werbekampagne sowie ein passendes Corporate Design entwickelt, die die Besonderheiten des Festivals hervorheben und viele Festivalbesucher:innen generieren sollen. Die übergeordneten Ziele der Arbeit bestehen darin, einen Beitrag zur gesellschaftlichen Etablierung des Musiknetzwerk Aachen e.V. zu leisten und die Voraussetzungen für ein jährlich wiederkehrendes Festival zu schaffen.
Seit 2002 ist der Tierschutz fest im Grundgesetz verankert, jedoch herrscht immer noch ein enormes Ungleichgewicht bei der letztendlichen Durchsetzung gegenüber der Tiernutzungsinteressen. Die Nichteinhaltung des Tierschutzes stellt nicht nur aus Tierwohlsicht, sondern auch aus Klimaschutzgründen eine ernst zu nehmende Problematik dar, welche wir nur gemeinsam angehen können. Die Gesellschaft sollte sich über das eigene Konsumverhalten bewusst werden, gleichermaßen müssen auch überzeugende Alternativen aufgezeigt werden. Thematisch ist die Arbeit in drei Teile gegliedert. Die Geschichte, das Recht der Tiere und die Zukunftsaussichten stehen hier im Fokus. Wichtig ist es, den Istzustand neutral darzustellen, um die Fakten nicht zu harmonisieren. Die Publikation soll nicht abschrecken, vielmehr soll sie die Leser:innen motivieren, Dinge ändern zu wollen. Denn nur miteinander können wir friedlich „koexistieren“.
"THE DISTANCE" ist ein fiktionaler, dystopischer Kurzfilm, welcher sich mit dem Leben in einem diktatorischen Polizeistaat auseinandersetzt. Jegliche Art von Aufstand oder negativer Äußerung dem Staat gegenüber ist untersagt und wird hoch bestraft. Ziel dieser Arbeit ist es, die Zuschauer:innen zum Denken und zum Hinterfragen gesellschaftlicher Strukturen anzuregen. Durch passende Kostüme, Locations und Set-Design entsteht eine düstere und unbehagliche Atmosphäre. Die passende Musik und das Sounddesign unterstützen diese Atmosphäre und geben den Zuschauer:innen einen guten Einblick in diese neue Welt. Zuletzt stellt sich die Frage, ob Dystopien überhaupt noch fiktional sind oder doch schon zu unserer Realität geworden sind.
trust me
(2022)
"trust me" ist eine schwarz-weiß Fotoserie, präsentiert als Diashow mit unterlegtem Soundtrack. Es geht um das Vertrauen zwischen Model, Fotografin und Betrachter:innen. Die Darsteller sind ausschließlich homosexuelle Männer und begeben sich in intime Situationen und Posen. Die Fotos sind überwiegend Aktaufnahmen und nehmen eine pornografische Richtung an. Die Fragestellung zu Beginn war, wie weit vertrauen die unerfahrenen Models der Fotografin und was sind diese bereit, von sich zu zeigen. Die offene Kommunikation über die Richtung des Projekts war die essenzielle Basis für die Fotoshootings. Während des Fotografierens lag der Fokus auf möglichst verschiedenen Blickwinkeln, Kulissen, Ausleuchtungen und Motiven. Zusätzlich war der sensible Umgang mit den Männern eine Vertrauensprobe."trust me" lässt auf diversen Ebenen tief blicken und zeigt, wie loslassen aussieht.
Biocompatibility, flexibility and durability make polydimethylsiloxane (PDMS) membranes top candidates in biomedical applications. CellDrum technology uses large area, <10 µm thin membranes as mechanical stress sensors of thin cell layers. For this to be successful, the properties (thickness, temperature, dust, wrinkles, etc.) must be precisely controlled. The following parameters of membrane fabrication by means of the Floating-on-Water (FoW) method were investigated: (1) PDMS volume, (2) ambient temperature, (3) membrane deflection and (4) membrane mechanical compliance. Significant differences were found between all PDMS volumes and thicknesses tested (p < 0.01). They also differed from the calculated values. At room temperatures between 22 and 26 °C, significant differences in average thickness values were found, as well as a continuous decrease in thicknesses within a 4 °C temperature elevation. No correlation was found between the membrane thickness groups (between 3–4 µm) in terms of deflection and compliance. We successfully present a fabrication method for thin bio-functionalized membranes in conjunction with a four-step quality management system. The results highlight the importance of tight regulation of production parameters through quality control. The use of membranes described here could also become the basis for material testing on thin, viscous layers such as polymers, dyes and adhesives, which goes far beyond biological applications.
Brain Hack
(2022)
Protagonistin des Films ist Cassandra Becker, eine 25-jährige Informatikstudentin und Mitglied der Hackerorganisation PFABW (Progress For a Better World). Sie hat es sich zum Ziel gesetzt, die Welt zu einem besseren Ort zu machen. Sie legt sich allerdings mit den falschen Leuten an und wird für die Verbreitung eines zerstörerischen Computervirus verantwortlich gemacht, der gesundheitliche Folgen für den Menschen mit sich bringt. Sie und ihr bester Freund Jake Fischer haben bei einem PFABW-Mitglied Zuflucht gefunden. Dort versuchen sie gemeinsam herauszufinden, was es mit dem mysteriösen Virus auf sich hat.
Geschichte des Designs
(2022)
Dieser Band bietet einen kompakten Überblick über die wichtigsten Stationen des Produktdesigns vom Beginn der Industrialisierung bis heute. Im Zentrum stehen ikonische Alltagsgegenstände vom Thonet-Stuhl bis zum iPhone. Anschaulich und kenntnisreich nehmen Melanie Kurz und Thilo Schwer dabei auch die gesellschaftspolitische Situation, in der die Objekte entstanden sind, in den Blick.
Historische Stoffe im Spielfilm
Zwischen Authentizität und Unterhaltung
Spielfilme über wahre Begebenheiten stellen sich der Herausforderung, historisch korrekte Darstellung mit einer spannenden und sehenswerten Präsentation zu kombinieren. Dies ist ein schwieriger Balance Akt, gerade bei Studentenprojekten mit geringem Budget.
Im Kurzfilm über Julius Erasmus, dem „Totengräber von Vossenack“, wurde sich dieser Aufgabe gestellt. Inhaltlich werden seine möglichen Beweggründe dargestellt, die ihn dazu brachten kurz nach dem 2. Weltkrieg zahlreiche gefallene Soldaten im ehemaligen Kampfgebiet im Hürtgenwald zu begraben. Die schriftliche Dokumentation des Projektes zeigt die Recherche des verfilmten Stoffes, Herausforderungen während der Produktion, sowie persönliche Eindrücke und Lerneffekte.
Letztendlich ist ein Werk entstanden, dass respektvoll mit der zu Grunde liegenden Geschichte umgeht und gleichsam ein cineastisches Erlebnis für den Zuschauer darstellt.
Das wahre Gewicht des Smartphones : eine informative Erfahrung zu den ökologischen Auswirkungen
(2022)
Das Smartphone gehört zu den innovativsten Geräten unserer Zeit und befindet sich in einem ständigen Wandel, der nach immer mehr Leistung, größeren Displays und besseren Kameras strebt. Mit neuen Modellen, die jährlich auf den Markt kommen und den Milliarden Smartphones, die verkauft werden, entsteht aber nicht nur ein großer Markt voller Angebote, sondern gleichzeitig große Probleme für unsere Umwelt und letztlich auch für uns. Die Smartphone-Industrie schadet massiv unserem Ökosystem.
Das Ziel der Arbeit ist die Aufklärung über die Auswirkungen der Smartphone-Industrie. Dafür wurden Visualisierung zu Daten und Prozessen gestaltet, die viele Aspekte des Lebenszyklus des Smartphones mit einbeziehen. Die Betrachter:innen sollen so informativ aufgeklärt werden, ihren eigenen Konsum zu dem Thema überdenken und ein Bewusstsein für ihren Elektronikverbrauch entwickeln.
Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (KHI), Aachen University of Applied Sciences, and B&B-AGEMA GmbH have investigated the potential of low NOx micro-mix (MMX) hydrogen combustion and its application to an industrial gas turbine combustor. Engine demonstration tests of a MMX combustor for the M1A-17 gas turbine with a co-generation system were conducted in the hydrogen-fueled power generation plant in Kobe City, Japan.
This paper presents the results of the commissioning test and the combined heat and power (CHP) supply demonstration. In the commissioning test, grid interconnection, loading tests and load cut-off tests were successfully conducted. All measurement results satisfied the Japanese environmental regulation values. Dust and soot as well as SOx were not detected. The NOx emissions were below 84 ppmv at 15 % O2. The noise level at the site boundary was below 60 dB. The vibration at the site boundary was below 45 dB.
During the combined heat and power supply demonstration, heat and power were supplied to neighboring public facilities with the MMX combustion technology and 100 % hydrogen fuel. The electric power output reached 1800 kW at which the NOx emissions were 72 ppmv at 15 % O2, and 60 %RH. Combustion instabilities were not observed. The gas turbine efficiency was improved by about 1 % compared to a non-premixed type combustor with water injection as NOx reduction method. During a total equivalent operation time of 1040 hours, all combustor parts, the M1A-17 gas turbine as such, and the co-generation system were without any issues.
Flexible fuel operation of a Dry-Low-NOx Micromix Combustor with Variable Hydrogen Methane Mixture
(2022)
The role of hydrogen (H2) as a carbon-free energy carrier is discussed since decades for reducing greenhouse gas emissions. As bridge technology towards a hydrogen-based energy supply, fuel mixtures of natural gas or methane (CH4) and hydrogen are possible.
The paper presents the first test results of a low-emission Micromix combustor designed for flexible-fuel operation with variable H2/CH4 mixtures. The numerical and experimental approach for considering variable fuel mixtures instead of recently investigated pure hydrogen is described.
In the experimental studies, a first generation FuelFlex Micromix combustor geometry is tested at atmospheric pressure at gas turbine operating conditions corresponding to part- and full-load. The H2/CH4 fuel mixture composition is varied between 57 and 100 vol.% hydrogen content.
Despite the challenges flexible-fuel operation poses onto the design of a combustion system, the evaluated FuelFlex Micromix prototype shows a significant low NOx performance
Direct methods comprising limit and shakedown analysis is a branch of computational mechanics. It plays a significant role in mechanical and civil engineering design. The concept of direct method aims to determinate the ultimate load bearing capacity of structures beyond the elastic range. For practical problems, the direct methods lead to nonlinear convex optimization problems with a large number of variables and onstraints. If strength and loading are random quantities, the problem of shakedown analysis is considered as stochastic programming. This paper presents a method so called chance constrained programming, an effective method of stochastic programming, to solve shakedown analysis problem under random condition of strength. In this our investigation, the loading is deterministic, the strength is distributed as normal or lognormal variables.
Masonry infill walls are the most traditional enclosure system that is still widely used in RC frame buildings all over the world, particularly in seismic active regions. Although infill walls are usually neglected in seismic design, during an earthquake event they are subjected to in-plane and out-of-plane forces that can act separately or simultaneously. Since observations of damage to buildings after recent earthquakes showed detrimental effects of in-plane and out-of-plane load interaction on infill walls, the number of studies that focus on influence of in-plane damage on out-of-plane response has significantly increased. However, most of the xperimental campaigns have considered only solid infills and there is a lack of combined in-plane and out-of-plane experimental tests on masonry infills with openings, although windows and doors strongly affect seismic performance. In this paper, two types of experimental tests on infills with window openings are presented. The first is a pure out-of-plane test and the second one is a sequential in-plane and out-of-plane test aimed at investigating the effects of existing in-plane damage on outof-plane response. Additionally, findings from two tests with similar load procedure that were carried out on fully infilled RC frames in the scope of the same project are used for comparison. Test results clearly show that window opening increased vulnerability of infills to combined seismic actions and that prevention of damage in infills with openings is of the utmost importance for seismic safety.