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Rugged terrain robot designs are important for field robotics missions. A number of commercial platforms are available, however, at an impressive price. In this paper, we describe the hardware and software component of a low-cost wheeled rugged-terrain robot. The robot is based on an electric children quad bike and is modified to be driven by wire. In terms of climbing properties, operation time and payload it can compete with some of the commercially available platforms, but at a far lower price.
We present an electromechanically coupled Finite Element model for cardiac tissue. It bases on the mechanical model for cardiac tissue of Hunter et al. that we couple to the McAllister-Noble-Tsien electrophysiological model of purkinje fibre cells. The corresponding system of ordinary differential equations is implemented on the level of the constitutive equations in a geometrically and physically nonlinear version of the so-called edge-based smoothed FEM for plates. Mechanical material parameters are determined from our own pressure-deflection experimental setup. The main purpose of the model is to further examine the experimental results not only on mechanical but also on electrophysiological level down to ion channel gates. Moreover, we present first drug treatment simulations and validate the model with respect to the experiments.
Hydraulic modeling is the classical approach to investigate and describe complex fluid motion. Many empirical formulas in the literature used for the hydraulic design of river training measures and structures have been developed using experimental data from the laboratory. Although computer capacities have increased to a high level which allows to run complex numerical simulations on standard workstation nowadays, non-standard design of structures may still raise the need to perform physical model investigations. These investigations deliver insight into details of flow patterns and the effect of varying boundary conditions. Data from hydraulic model tests may be used for calibration of numerical models as well. As the field of hydraulic modeling is very complex, this chapter intends to give a short overview on capacities and limits of hydraulic modeling in regard to river flows and hydraulic structures only. The reader shall get a first idea of modeling principles and basic considerations. More detailed information can be found in the references.
Stahlbau
(2015)
Es ist zwischen Stählen bis S460 und solchen mit höherer Streckgrenze zu unterscheiden. Stähle bis S460 sind auch für die plastische Tragwerksberechnung nach dem Fließgelenkverfahren zugelassen. Bei Stählen oberhalb S460 bis S700 ist neben der elastischen eine nichtlineare plastische Tragwerksberechnung unter Berücksichtigung von Teilplastizierungen von Bauteilen in Fließzonen möglich.
Stahlbau
(2015)
Laut Zukunftsinstitut (2010) stellt die Individualisierung eine langfristige und nachhaltige Veränderung dar, die die gesamte Gesellschaft (den einzelnen Menschen, Unternehmen, den Staat) betrifft und Auswirkungen auf nahezu alle Lebensbereiche (z. B. Arbeit, Wohnen, Partnerschaft) hat. Die Individualisierung beschreibt dabei die Entwicklung hin zur Fokussierung persönlicher Interessen und Lebensentscheidungen der einzelnen Person (Kunze, Individualisierung, 2011). Der Grund für diese Entwicklung sind laut Kunze (Individualisierung, 2011) Treiber wie steigendes Vermögen, Bildung und Mobilität, was die einzelne Person unabhängiger von größeren Gemeinschaften macht und mehr Freiheit zur Selbstverwirklichung bietet. Als eine Konsequenz daraus werden Wertevorstellungen nicht mehr einfach hingenommen, sondern für die eigene Person überprüft und individualisiert (Kunze, Individualisierung, 2011). So wies Beck bereits 1996 darauf hin, dass Individualisierung meint „erstens die Auflösung und zweitens die Ablösung industriegesellschaftlicher Lebensformen durch andere, in denen die Einzelnen ihre Biographie selbst herstellen, inszenieren, zusammenflickschustern müssen“ (Beck, Die Erfindung des Politischen, 1996, S. 150).
Ausblick: Der individualitätsbezogene Diversity Management-Ansatz als Antwort auf Individualisierung
(2015)
Der Megatrend Individualisierung fordert von Unternehmen, ihre Strategien und Prozessabläufe bei zunehmender Globalisierung grundlegend zu überdenken. Während Strategien und Prozessabläufe im Unternehmen Standards unterliegen, entwickelt sich unsere Gesellschaft immer stärker zu einem individuumszentrierten System, in dem es gilt, Werte und Lebensstile der Individuen zu berücksichtigen und derart wertzuschätzen, dass Mitarbeitende motiviert und mit hoher Bindung an das Unternehmen die anstehenden Leistungen für das Unternehmen erbringen. Im Konzept DiM sind Standardisierung und Individualisierung keine gegensätzlichen Aspekte, da bei DiM neben der Betrachtung des betriebswirtschaftlichen Nutzens dieses Konzepts für Unternehmen die Wertschätzung des Individuums als genuines Merkmal betont wird.
Information and communication technology for integrated mobility concepts such as E-carsharing
(2015)
During the past decade attitude towards sharing things has changed extremely. Not just personal data is shared (e.g. in social networks) but also mobility. Together with the increased ecological awareness of the recent years, new mobility concepts have evolved. E-carsharing has become a symbol for these changes of attitude. The management of a shared car fleet, the energy management of electric mobility and the management of various carsharing users with individual likes and dislikes are just some of the major challenges of e-carsharing. Weaving it into integrated mobility concepts, this raises complexity even further. These challenges can only be overcome by an appropriate amount of well-shaped information available at the right place and time. In order to gather, process and share the required information, fleet cars have to be equipped with modern information and communication technology (ICT) and become so-called fully connected cars. Ensuring the usability of these ICT systems is another challenge that is often neglected, even though it is usability that makes carsharing comfortable, attractive and supports users’ new attitudes. By means of an integrated and consistent concept for human-machine interaction (HMI), the usability of such systems can be raised tremendously.
The production and assembly of customized products increases the demand for flexible automation systems. One approach is to remove the safety fences that separate human and industrial robot to combine their skills. This collaboration possesses a certain risk for the human co-worker, leading to numerous safety concepts to protect him. The human needs to be monitored and tracked by a safety system using different sensors. The proposed system consists of a RGBD camera for surveillance of the common working area, an array of optical distance sensors to compensate shadowing effects of the RGBD camera and a laser range finder to detect the co-worker when approaching the work cell. The software for collision detection, path planning, robot control and predicting the behaviour of the co-worker is based on the Robot Operating System (ROS). A first prototype of the work cell shows that with advanced algorithms from the field of mobile robotics a very flexible safety concept can be realized: the robot not simply stops its movement when detecting a collision, but plans and executes an alternative path around the obstacle.
Schalung und Gerüste
(2016)
Systemschalungen und Systemgerüste haben den Baustellenbetrieb in vielen Bereichen sehr vereinfacht. Dennoch sind Kenntnisse in diesen Feldern für eine erfolgreiche und effektive Bauleitung unverzichtbar. In diesem Kapitel werden Hinweise und Empfehlungen für die Bemessung und Einsatz von Schalungen, Trag- und Arbeitsgerüsten für den Baustellenbetrieb gegeben.
Kosten- und Verfahrensvergleiche können dabei zur Ermittlung des für die Aufgabe geeignetsten Bauverfahren führen. Für die sich daran anschließende Ablaufplanung werden die verschiedenen graphischen sowie rechnerischen Instrumente (Terminliste und Taktplan, Balkenplan, Weg-Zeit-Diagramm und Netzplan) erläutert und anhand von Beispielen vertieft. Schließlich wird ein im Rahmen der Arbeits- und Nachkalkulation vorzunehmender Soll-Ist-Vergleich mit Hilfe des Bauarbeitsschlüssels (BAS) zur Überprüfung der Aufwands- und Leistungswerte dargestellt.
Boden, Baugrube, Verbau
(2016)
Die Lösung den Baugrund betreffender Fragestellungen beginnen i. d. R. mit der Durchführung von Baugrunderkundungen, um alle notwendigen Parameter zu erhalten, die für die Planung und Durchführung von Bauvorhaben notwendig sind. Im Folgenden werden die wichtigsten Erkundungen in Abhängigkeit der erforderlichen Güteklasse der Proben beschrieben und vorgestellt.
Neben dem durch Unfälle und Krankheiten entstehenden menschlichen Leids und der daraus resultierenden moralischen Verpflichtung, sich und seine Mitmenschen vor Schaden zu bewahren, ist der Arbeits- und Gesundheitsschutz auch ein Gebot wirtschaftlichen Handelns, da Arbeitsunfälle und Berufskrankheiten Ausfallzeiten und Kosten verursachen. So gehören Arbeits- und Gesundheitsschutz zu den wichtigen Aufgaben eines Unternehmens.
Vermessung
(2016)
Bauwirtschaft und Baurecht
(2016)
Die Leistungen der Bauwirtschaft und deren wirtschaftliche Bedeutung in Deutschland werden anhand einer Vielzahl statistischer Daten verdeutlicht. Die im Vergleich zu anderen Wirtschaftsbereichen auftretenden branchenspezifischen Besonderheiten der Bauwirtschaft werden anhand von verschiedenen Kriterien herausgearbeitet. Das Zusammenspiel der einzelnen Akteure des Sektors und die dabei sich ergebenden bzw. zu beachtenden Rechts- und Vertragsgrundlagen werden dargestellt. Aufgrund der meist erheblichen Höhe des eingesetzten Kapitals aufseiten der Auftraggeber, aber auch seitens der Bauunternehmen während der Bauausführung sowie der besonderen Verantwortung der Beratenden Ingenieure werden auch notwendige Formen der Risikoabsicherungen und der in der Branche üblichen und teilweise vorgeschriebenen Versicherungsmöglichkeiten angesprochen. Intensive Beachtung finden auch die Auswirkungen des Öffentlichen Baurechts (Baugesetzbuch, Bauordnung NRW, Baunutzungsverordnung) auf Planung, Bau und Betrieb baulicher Anlagen und der dabei verwendeten Bauprodukte.
Baukosten und Finanzierung
(2016)
Das Gesetz gegen Wettbewerbsbeschränkungen bildet die Grundlage für die Verordnung über die Vergabe öffentlicher Aufträge, aus der sich die Vergabe- und Vertragsordnungen für Freiberufliche Leistungen (VOF), für Lieferungen und Leistungen (VOL) und für Bauleistungen (VOB) ableiten. Die dabei in Frage kommenden Vergabeverfahren und die einzelnen Schwellenwerte gemäß EU-Recht werden detailliert aufbereitet und im Zusammenhang dargestellt.
Die für die Ausgestaltung von Bauverträgen notwendigen Grundlagen des Werkvertragsrecht nach BGB sowie die branchenspezifischen Allgemeinen Geschäftsbedingungen in Form der Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) mit ihren Zusätzlichen und Besonderen Vertragsbedingungen werden intensiv aufbereitet. Das Zustandekommen eines Bauvertrages ergibt sich dann aus der notwendigen Leistungsbeschreibung mit einem Leistungsverzeichnis und verschiedenen Positionen oder in Form einer Funktionalen Leistungsbeschreibung (Beschreibung mit Leistungsprogramm).
Das Auslandsgeschäft der Baubranche (Bauausführende Unternehmen sowie Beratende Ingenieure und Consultants) wird von den jeweils vorliegenden Internationalen Wettbewerbsbedingungen bestimmt, deren Zusammenhänge anhand umfangreicher statistischer Daten und anhand von Beispielen dargestellt werden.
Pure analytical or experimental methods can only find a control strategy for technical systems with a fixed setup. In former contributions we presented an approach that simultaneously finds the optimal topology and the optimal open-loop control of a system via Mixed Integer Linear Programming (MILP). In order to extend this approach by a closed-loop control we present a Mixed Integer Program for a time discretized tank level control. This model is the basis for an extension by combinatorial decisions and thus for the variation of the network topology. Furthermore, one is able to appraise feasible solutions using the global optimality gap.
Die Studiengangentwicklung ist ein komplexer Prozess, in dem strukturelle Vorgaben beachtet, viele unterschiedliche Akteure/-innen einbezogen und nicht zuletzt angemessene didaktische Lösungen zum Erreichen der angestrebten Lernergebnisse gefunden werden müssen. Der vorliegende Text nimmt besonders den letzten Punkt in den Blick: Er zeigt, wie Studiengangentwicklung zu einem Thema der (Hochschul-)Didaktik geworden ist und wie sich der didaktische Ansatz von struktur- und prozessorientierten Ansätzen unterscheidet, aber auch, wie er mit diesen zusammenhängt. An einem Beispiel aus dem Wirtschaftsingenieurwesen wird veranschaulicht, was didaktische Studiengangentwicklung in der Praxis ausmacht und wie eine konkrete Implementierung verlaufen kann. Auf dieser Grundlage wird abschließend ein erweitertes Modell der didaktischen Studiengangentwicklung vorgeschlagen.
In diesem Kapitel werden die Abrechnungsvorschriften wichtiger ATV kurz, aber umfassend zusammengestellt. Einigen Abrechnungsbestimmungen für Einzelleistungen, die keine Nebenleistungen sind ((siehe DIN 18299 und Abschnitt 4 der jeweiligen ATV), sind mit aufgenommen worden; die ATV enthalten jedoch weitergehende Festlegungen über Nebenleistungen und Besondere Leistungen.
Im Anschluss folgen Hinweise zu den Toleranzen im Hochbau sowie im Straßenbau.
Baumaschinen
(2016)
Größen, Formeln, Bemessung
(2016)
Das Kapitel 1 vermittelt eine Übersicht für den schnellen Gebrauch von Größen, Einheiten und Zeichen. Es folgt die Darstellung wichtiger Grundlagen der Mathematik, Lastannahmen und einfacher statischer Systeme. Schließlich werden Hinweise zu charakteristischen Festigkeiten und Tragfähigkeitsnachweisen für Berechnungen im Mauerwerk, Holz- und Stahlbau sowie Stahlbetonbau gegeben. Für eine weitere Vertiefung des Themas empfiehlt sich der Wendehorst Bautechnische Zahlentafel
Betriebsorganisation
(2016)
Das Kapitel behandelt, ausgehend von Begriffen und Aufgaben der Betriebsorganisation, die Aufbau- und Ablauforganisation der Bauunternehmung sowie die Gestaltung einer Projekt-organisation. Es folgt eine Darstellung der Managementsysteme für Qualität, Umwelt und Arbeitsschutz, die sich zunehmend als sog. integrierte Managementsysteme (IMS) auch in Bauunternehmen etablieren. Grundlagen des Personalmanagements und des betrieblichen Rechnungswesens, die für eine(n) Baubetriebler(in) relevant sein können, ergänzen das Kap. Betriebsorganisation. Den Abschluss bilden Hinweise zum Berichtswesen der Baustelle.
Kalkulation
(2016)
Das Kapitel behandelt die Kosten- und Preisermittlung, die Kostenvorgabe und Kostenkontrolle.
Der Angebotspreis wird aufgeschlüsselt in die Einzelkosten der Teilleistungen, die Baustellengemeinkosten, die Allgemeinen Geschäftskosten und einen Zuschlag für Wagnis und Gewinn. Auf der Basis der Angebotskalkulation werden die Vorgaben für die Kostenkontrolle entwickelt.
In this paper we propose a stochastic programming method to analyse limit and shakedown of structures under uncertainty condition of strength. Based on the duality theory, the shakedown load multiplier formulated by the kinematic theorem is proved actually to be the dual form of the shakedown load multiplier formulated by static theorem. In this investigation a dual chance constrained programming algorithm is developed to calculate simultaneously both the upper and lower bounds of the plastic collapse limit and the shakedown limit. The edge-based smoothed finite element method (ES-FEM) with three-node linear triangular elements is used for structural analysis.
Genetically humanized mice for proteins involved in drug metabolism and toxicity and mice engrafted with human hepatocytes are emerging as promising in vivo models for improved prediction of the pharmacokinetic, drug–drug interaction, and safety characteristics of compounds in humans. This is an overview on the genetically humanized and chimeric liver-humanized mouse models, which are illustrated with examples of their utility in drug metabolism and toxicity studies. The models are compared to give guidance for selection of the most appropriate model by highlighting advantages and disadvantages to be carefully considered when used for studies in drug discovery and development.
The methodological discourse of mixed-methods research offers general procedures to combine quantitative and qualitative methods for investigating complex fields of research such as higher education. However, integrating different methods still poses considerable challenges. To move beyond general recommendations for mixed-methods research, this chapter proposes to discuss methodological issues with respect to a particular research domain. Taking current studies on the transition to higher education as an example, the authors first provide an overview of the potentials and limitations of quantitative and qualitative methods in the research domain. Second, they show the need for a conceptual framework grounded in the theory of the research object to guide the integration of different methods and findings. Finally, an example study that investigates transition with regard to the interplay of the individual student and the institutional context serves to illustrate the guiding role of theory. The framework integrates different theoretical perspectives on transition, informs the selection of the research methods, and defines the nexus of the two strands that constitute the mixed-methods design. As the interplay of individual and context is of concern for teaching and learning in general, the example presented may be fruitful for the wider field of higher education research.
Peyre, Marie-Josephe
(2017)
Peyre, Antoine-Francois
(2017)
Patte, Pierre
(2017)
Ranson, Pierre
(2017)
Names of individuals
(2017)
Small Claims Regulation
(2017)
Gearboxes are mechanical transmission systems that provide speed and torque conversions from a rotating power source. Being a central element of the drive train, they are relevant for the efficiency and durability of motor vehicles. In this work, we present a new approach for gearbox design: Modeling the design problem as a mixed-integer nonlinear program (MINLP) allows us to create gearbox designs from scratch for arbitrary requirements and—given enough time—to compute provably globally optimal designs for a given objective. We show how different degrees of freedom influence the runtime and present an exemplary solution.
Mathematik PLuS als E-Book. Kann ein E-Book zur Ingenieursmathematik alle Lerntypen ansprechen?
(2017)
Einleitung vor § 1297
(2017)
Vorbemerkung vor § 1297
(2017)
Vorbemerkung vor § 1353
(2017)
In the future, we expect manufacturing companies to follow a new paradigm that mandates more automation and autonomy in production processes. Such smart factories will offer a variety of production technologies as services that can be combined ad hoc to produce a large number of different product types and variants cost-effectively even in small lot sizes. This is enabled by cyber-physical systems that feature flexible automated planning methods for production scheduling, execution control, and in-factory logistics.
During development, testbeds are required to determine the applicability of integrated systems in such scenarios. Furthermore, benchmarks are needed to quantify and compare system performance in these industry-inspired scenarios at a comprehensible and manageable size which is, at the same time, complex enough to yield meaningful results.
In this chapter, based on our experience in the RoboCup Logistics League (RCLL) as a specific example, we derive a generic blueprint for how a holistic benchmark can be developed, which combines a specific scenario with a set of key performance indicators as metrics to evaluate the overall integrated system and its components.
This chapter introduces performance and acceptance testing and describes state-of-the-art tools, methods, and instruments to assess the plant performance or realize plant acceptance testing. The status of the development of standards for performance assessment is given.
The coupling of charged molecules, nanoparticles, and more generally, inorganic/organic nanohybrids with semiconductor field-effect devices based on an electrolyte–insulator–semiconductor (EIS) system represents a very promising strategy for the active tuning of electrochemical properties of these devices and, thus, opening new opportunities for label-free biosensing by the intrinsic charge of molecules. The simplest field-effect sensor is a capacitive EIS sensor, which represents a (bio-)chemically sensitive capacitor. In this chapter, selected examples of recent developments in the field of label-free biosensing using nanomaterial-modified capacitive EIS sensors are summarized. In the first part, we present applications of EIS sensors modified with negatively charged gold nanoparticles for the label-free electrostatic detection of positively charged small proteins and macromolecules, for monitoring the layer-by-layer formation of oppositely charged polyelectrolyte (PE) multilayers as well as for the development of an enzyme-based biomolecular logic gate. In the second part, examples of a label-free detection by means of EIS sensors modified with a positively charged weak PE layer are demonstrated. These include electrical detection of on-chip and in-solution hybridized DNA (deoxyribonucleic acid) as well as an EIS sensor with pH-responsive weak PE/enzyme multilayers for enhanced field-effect biosensing.
Cyber-physical systems are ever more common in manufacturing industries. Increasing their autonomy has been declared an explicit goal, for example, as part of the Industry 4.0 vision. To achieve this system intelligence, principled and software-driven methods are required to analyze sensing data, make goal-directed decisions, and eventually execute and monitor chosen tasks. In this chapter, we present a number of knowledge-based approaches to these problems and case studies with in-depth evaluation results of several different implementations for groups of autonomous mobile robots performing in-house logistics in a smart factory. We focus on knowledge-based systems because besides providing expressive languages and capable reasoning techniques, they also allow for explaining how a particular sequence of actions came about, for example, in the case of a failure.
Engineers and therefore engineering education are challenged by the increasing complexity of questions to be answered globally. The education of future engineers therefore has to answer with curriculums that build up relevant skills. This chapter will give an example how to bring engineering and social responsibility successful together to build engineers of tomorrow. Through the integration of gender and diversity perspectives, engineering research and teaching is expanded with new perspectives and contents providing an important potential for innovation. Aiming on the enhancement of engineering education with distinctive competencies beyond technical expertise, the teaching approach introduced in the chapter represents key factors to ensure that coming generations of engineers will be able to meet the requirements and challenges a changing globalized world holds for them. The chapter will describe how this approach successfully has been implemented in the curriculum in engineering of a leading technical university in Germany.
Künstlerische Einlassungen auf den öffentlichen Raum folgten lange Zeit dem Prinzip des subkulturellen Widerstands. Nur in dem strategischen, invasiven Akt der Intervention sah man noch die Möglichkeit einer weitgreifenden Kritik am kulturellen System. Begriffe wie Cultural Hacking, Guerilla Marketing, Adbusting, Konsumguerilla oder parasitäre Strategien prägten eine rebellische Auffassung der künstlerischen Einmischung. Gleichzeitig konnten diese Haltungen aufgrund ihres rebellischen Chics mühelos von dem, was sie kritisierten, aufgenommen und vereinnahmt werden. Künstlerisches Handeln verharrt jedoch nicht in der Pose des Widerständigen, sondern arbeitet kontinuierlich an der Problematisierung und Gestaltung der öffentlichen Wahrnehmung. Viele Interventionen der Gegenwartskunst weisen unterschiedliche Grade der Ästhetisierung, der Partizipation und der Kooperation in der Auseinandersetzung mit dem öffentlichen Raum auf. Das wache Agieren im urbanen Kontext, die Irritation von Erwartungshaltungen, Fake und Desillusionierungsarbeit verstehen sich als künstlerische Arbeit an der Sensibilisierung der Wahrnehmung.
Robustheit
(2017)
The development prospects of the world markets for petroleum and other liquid fuels are diverse and partly contradictory. However, comprehensive changes for the energy supply of the future are essential. Notwithstanding the fact that there are still very large deposits of energy resources from a geological point of view, the finite nature of conventional oil reserves is indisputable. To reduce our dependence on oil, the EU, the USA, and other major economic zones rely on energy diversification. For this purpose, alternative materials and technologies are being sought, and is most obvious in the transport sector. The objective is to progressively replace fossil fuels with renewable and more sustainable fuels. In this respect, biofuels have a pre-eminent position in terms of their capability of blending with fossil fuels and being usable in existing cars without substantial modification. Ethanol can be considered as the primary renewable liquid fuel. In this chapter enzymes, micro-organisms, and processes for ethanol production based on renewable resources are described.
Sampling of dry surfaces for microorganisms is a main component of microbiological safety and is of critical importance in many fields including epidemiology, astrobiology as well as numerous branches of medical and food manufacturing. Aspects of biofilm formation, analysis and removal in aqueous solutions have been thoroughly discussed in literature. In contrast, microbial communities on air-exposed (dry) surfaces have received significantly less attention. Diverse surface sampling methods have been developed in order to address various surfaces and microbial groups, but they notoriously show poor repeatability, low recovery rates and suffer from lack of mutual consistency. Quantitative sampling for viable microorganisms represents a particular challenge, especially on porous and irregular surfaces. Therefore, it is essential to examine in depth the factors involved in microorganisms’ recovery efficiency and accuracy depending on the sampling technique used. Microbial colonization, retention and community composition on different dry surfaces are very complex and rely on numerous physicochemical and biological factors. This study is devoted to analyze and review the (a) physical phenomena and intermolecular forces relevant for microbiological surface sampling; (b) challenges and problems faced by existing sampling methods for viable microorganisms and (c) current directions of engineering and research aimed at improvement of quality and efficiency of microbiological surface sampling.
Digitalisierung bezeichnet die Nutzung großer Datenmengen, die zu einer umfassenden Vernetzung aller Bereiche der Wirtschaft und Gesellschaft führen wird (BMWi, 2015 und ähnlich Köhler/Wollschläger, 2014: 79). Sie umfasst die Erhebung von analogen Informationen („Big Data“ in einem engen Sinne; z.B. O´Leary, 2013), ihre Speicherung in einem digitaltechnischen System (lokale Speicherung oder „Cloud Computing“ durch die Weiterentwickelung des Internets; z.B. Hashem et al., 2015: 101), die Analyse und Interpretation sowie den Transfer in andere Systeme („Internet der Dinge“ bzw. „Internet of Things“; z.B. Ashton, 2009).
Die Batterie ist eine der absolut zentralen Komponenten des Elektrofahrzeugs. Die serielle Entwicklung und Produktion dieser Batterien und die Verbesserung der Leistungen wird entscheidend für den Erfolg der Elektromobilität sein. Die Batterie ist jedoch nicht das einzige elektrofahrzeugspezifische System, das neu entwickelt, umkonzipiert oder verbessert werden muss. So sind ebenso die Entwicklung der neuen Fahrzeugstruktur sowie des elektrifizierten Antriebsstranges Teil dieses Kapitels. Weiterhin wird ein Blick auf das bedeutende Thema des Thermomanagements geworfen.
Around 60% of the paper worldwide is made from recovered paper. Especially adhesive contaminants, so called stickies, reduce paper quality. To remove stickies but at the same time keep as many valuable fibers as possible, multi-stage screening systems with several interconnected pressure screens are used. When planning such systems, suitable screens have to be selected and their interconnection as well as operational parameters have to be defined considering multiple conflicting objectives. In this contribution, we present a Mixed-Integer Nonlinear Program to optimize system layout, component selection and operation to find a suitable trade-off between output quality and yield.
Highly competitive markets paired with tremendous production volumes demand particularly cost efficient products. The usage of common parts and modules across product families can potentially reduce production costs. Yet, increasing commonality typically results in overdesign of individual products. Multi domain virtual prototyping enables designers to evaluate costs and technical feasibility of different single product designs at reasonable computational effort in early design phases. However, savings by platform commonality are hard to quantify and require detailed knowledge of e.g. the production process and the supply chain. Therefore, we present and evaluate a multi-objective metamodel-based optimization algorithm which enables designers to explore the trade-off between high commonality and cost optimal design of single products.
The energy-efficiency of technical systems can be improved by a systematic design approach. Technical Operations Research (TOR) employs methods known from Operations Research to find a global optimal layout and operation strategy of technical systems. We show the practical usage of this approach by the systematic design of a decentralized water supply system for skyscrapers. All possible network options and operation strategies are modeled by a Mixed-Integer Nonlinear Program. We present the optimal system found by our approach and highlight the energy savings compared to a conventional system design.
Im Rahmen der digitalen Transformation werden innovative Technologiekonzepte, wie z. B. das Internet der Dinge und Cloud Computing als Treiber für weitreichende Veränderungen von Organisationen und Geschäftsmodellen angesehen. In diesem Kontext ist Robotic Process Automation (RPA) ein neuartiger Ansatz zur Prozessautomatisierung, bei dem manuelle Tätigkeiten durch sogenannte Softwareroboter erlernt und automatisiert ausgeführt werden. Dabei emulieren Softwareroboter die Eingaben auf der bestehenden Präsentationsschicht, so dass keine Änderungen an vorhandenen Anwendungssystemen notwendig sind. Die innovative Idee ist die Transformation der bestehenden Prozessausführung von manuell zu digital, was RPA von traditionellen Ansätzen des Business Process Managements (BPM) unterscheidet, bei denen z. B. prozessgetriebene
Anpassungen auf Ebene der Geschäftslogik notwendig sind. Am Markt werden bereits unterschiedliche RPA-Lösungen als Softwareprodukte angeboten. Gerade bei operativen Prozessen mit sich wiederholenden Verarbeitungsschritten in unterschiedlichen Anwendungssystemen sind gute Ergebnisse durch RPA dokumentiert, wie z. B. die Automatisierung von 35 % der Backoffice-Prozesse bei Telefonica. Durch den vergleichsweise niedrigen Implementierungsaufwand verbunden mit einem hohen Automatisierungspotenzial ist in der Praxis (z. B. Banken, Telekommunikation, Energieversorgung) ein hohes Interesse an RPA vorhanden. Der Beitrag diskutiert RPA als innovativen Ansatz zur
Prozessdigitalisierung und gibt konkrete Handlungsempfehlungen für die Praxis. Dazu wird zwischen modellgetriebenen und selbstlernenden Ansätzen unterschieden. Anhand von generellen Architekturen von RPA-Systemen werden Anwendungsszenarien sowie deren Automatisierungspotenziale, aber auch Einschränkungen, diskutiert. Es folgt ein strukturierter Marktüberblick ausgewählter RPA-Produkte. Anhand von drei konkreten Anwendungsbeispielen wird die Nutzung von RPA in der Praxis verdeutlicht.
Nutzen und Rahmenbedingungen 5 informationsgetriebener Geschäftsmodelle des Internets der Dinge
(2018)
Im Kontext der zunehmenden Digitalisierung wird das Internet der Dinge (englisch: Internet of Things, IoT) als ein technologischer Treiber angesehen, durch den komplett neue Geschäftsmodelle im Zusammenspiel unterschiedlicher Akteure entstehen können. Identifizierte Schlüsselakteure sind unter anderem traditionelle Industrieunternehmen, Kommunen und Telekommunikationsunternehmen. Letztere sorgen mit der Bereitstellung von Konnektivität dafür, dass kleine Geräte mit winzigen Batterien nahezu überall und direkt an das Internet angebunden werden können. Es sind schon viele IoT-Anwendungsfälle auf dem Markt, die eine Vereinfachung für Endkunden darstellen, wie beispielsweise Philips Hue Tap. Neben Geschäftsmodellen basierend auf Konnektivität besteht ein großes Potenzial für informationsgetriebene Geschäftsmodelle, die bestehende Geschäftsmodelle unterstützen sowie weiterentwickeln können. Ein Beispiel dafür ist der IoT-Anwendungsfall Park and Joy der Deutschen Telekom AG, bei dem Parkplätze mithilfe von Sensoren vernetzt und Autofahrer in Echtzeit über verfügbare Parkplätze informiert werden. Informationsgetriebene Geschäftsmodelle können auf Daten aufsetzen, die in IoT-Anwendungsfällen erzeugt werden. Zum Beispiel kann ein Telekommunikationsunternehmen Mehrwert schöpfen, indem es aus Daten entscheidungsrelevantere Informationen – sogenannte Insights – ableitet, die zur Steigerung der Entscheidungsagilität genutzt werden. Außerdem können Insights monetarisiert werden. Die Monetarisierung von Insights kann nur nachhaltig stattfinden, wenn sorgfältig gehandelt wird und Rahmenbedingungen berücksichtigt werden. In diesem Kapitel wird das Konzept informationsgetriebener Geschäftsmodelle erläutert und anhand des konkreten Anwendungsfalls Park and Joy verdeutlicht. Darüber hinaus werden Nutzen, Risiken und Rahmenbedingungen diskutiert.
Prozessorientierte Messung der Customer Experience am Beispiel der Telekommunikationsindustrie
(2018)
Hohe Wettbewerbsintensität und gestiegene Kundenanforderungen erfordern bei Telekommunikationsunternehmen eine aktive Gestaltung der Customer Experience (CX). Ein wichtiger Aspekt dabei ist die CX-Messung. Traditionelle Zufriedenheitsmessungen sind oft nicht ausreichend, um die Kundenerfahrung in komplexen Prozessen vollständig zu erfassen. Daher wird in diesem Kapitel eine prozessübergreifende Referenzlösung zur CX-Messung am Beispiel der Telekommunikationsindustrie vorgeschlagen. Ausgangspunkt ist ein industriespezifisches Prozessmodell, das sich an dem Referenzmodell eTOM orientiert. Dieses wird um Messpunkte erweitert, die Schwachstellen in Bezug auf die CX identifizieren. Für die erkannten Schwachstellen werden über eine Referenzmatrix mögliche Auslöser abgeleitet und anhand von typischen Geschäftsfallmengen bewertet. Somit ist eine direkte Zuordnung und Erfolgsmessung konkreter Maßnahmen zur Behebung der Schwachstellen möglich. Die so entwickelte Referenzlösung wurde im Projekt K1 bei der Deutschen Telekom erfolgreich umgesetzt. Details zur Umsetzung werden als Fallstudien dargestellt.
Because of customer churn, strong competition, and operational inefficiencies, the telecommunications operator ME Telco (fictitious name due to confidentiality) launched a strategic transformation program that included a Business Process Management (BPM) project. Major problems were silo-oriented process management and missing cross-functional transparency. Process improvements were not consistently planned and aligned with corporate targets. Measurable inefficiencies were observed on an operational level, e.g., high lead times and reassignment rates of the incident management process.
Mechanical forces/tensile stresses are critical determinants of cellular growth, differentiation and migration patterns in health and disease. The innovative “CellDrum technology” was designed for measuring mechanical tensile stress of cultured cell monolayers/thin tissue constructs routinely. These are cultivated on very thin silicone membranes in the so-called CellDrum. The cell layers adhere firmly to the membrane and thus transmit the cell forces generated. A CellDrum consists of a cylinder which is sealed from below with a 4 μm thick, biocompatible, functionalized silicone membrane. The weight of cell culture medium bulbs the membrane out downwards. Membrane indentation is measured. When cells contract due to drug action, membrane, cells and medium are lifted upwards. The induced indentation changes allow for lateral drug induced mechanical tension quantification of the micro-tissues. With hiPS-induced (human) Cardiomyocytes (CM) the CellDrum opens new perspectives of individualized cardiac drug testing. Here, monolayers of self-beating hiPS-CMs were grown in CellDrums. Rhythmic contractions of the hiPS-cells induce membrane up-and-down deflections. The recorded cycles allow for single beat amplitude, single beat duration, integration of the single beat amplitude over the beat time and frequency analysis. Dose effects of agonists and antagonists acting on Ca2+ channels were sensitively and highly reproducibly observed. Data were consistent with published reference data as far as they were available. The combination of the CellDrum technology with hiPS-Cardiomyocytes offers a fast, facile and precise system for pharmacological and toxicological studies. It allows new preclinical basic as well as applied research in pharmacolgy and toxicology.
Pelvic floor dysfunction (PFD) is characterized by the failure of the levator ani (LA) muscle to maintain the pelvic hiatus, resulting in the descent of the pelvic organs below the pubococcygeal line. This chapter adopts the modified Humphrey material model to consider the effect of the muscle fiber on passive stretching of the LA muscle. The deformation of the LA muscle subjected to intra-abdominal pressure during Valsalva maneuver is compared with the magnetic resonance imaging (MRI) examination of a nulliparous female. Numerical result shows that the fiber-based Humphrey model simulates the muscle behavior better than isotropic constitutive models. Greater posterior movement of the LA muscle widens the levator hiatus due to lack of support from the anococcygeal ligament and the perineal structure as a consequence of birth-related injury and aging. Old and multiparous females with uncontrolled urogenital and rectal hiatus tend to develop PFDs such as prolapse and incontinence.
For pelvic floor disorders that cannot be treated with non-surgical procedures, minimally invasive surgery has become a more frequent and safer repair procedure. More than 20 million prosthetic meshes are implanted each year worldwide. The simple selection of a single synthetic mesh construction for any level and type of pelvic floor dysfunctions without adopting the design to specific requirements increase the risks for mesh related complications. Adverse events are closely related to chronic foreign body reaction, with enhanced formation of scar tissue around the surgical meshes, manifested as pain, mesh erosion in adjacent structures (with organ tissue cut), mesh shrinkage, mesh rejection and eventually recurrence. Such events, especially scar formation depend on effective porosity of the mesh, which decreases discontinuously at a critical stretch when pore areas decrease making the surgical reconstruction ineffective that further augments the re-operation costs. The extent of fibrotic reaction is increased with higher amount of foreign body material, larger surface, small pore size or with inadequate textile elasticity. Standardized studies of different meshes are essential to evaluate influencing factors for the failure and success of the reconstruction. Measurements of elasticity and tensile strength have to consider the mesh anisotropy as result of the textile structure. An appropriate mesh then should show some integration with limited scar reaction and preserved pores that are filled with local fat tissue. This chapter reviews various tissue reactions to different monofilament mesh implants that are used for incontinence and hernia repairs and study their mechanical behavior. This helps to predict the functional and biological outcomes after tissue reinforcement with meshes and permits further optimization of the meshes for the specific indications to improve the success of the surgical treatment.
The terms bioeconomy and biorefineries are used for a variety of processes and developments. This short introduction is intended to provide a delimitation and clarification of the terminology as well as a classification of current biorefinery concepts. The basic process diagrams of the most important biorefinery types are shown.
Datenschutz und der 25.5.2018, wie ein Damoklesschwert scheinen beide Begriffe zurzeit im Raum zu stehe. Jeder weiß oder sollte zumindest um das Inkrafttreten der europäischen DSGVO am 25.5.2018 wissen. Viel wurde über wesentliche Neuerungen im Datenschutzrecht berichtet. Nicht zuletzt über gesteigerte organisatorische Anforderungen, Dokumentationspflichten und drohende Bußgelder. Doch was bedeuten diese Neuerungen ganz konkret für die Praxis des Steuerberaters? Anders als man vermuten könnte, werden die datenschutzrechtlichen Neuerungen nicht nur im Bereich der Kanzleiorganisation relevant. Auch im Steuerverwaltungsverfahren sieht sich der Steuerberater datenschutzrechtlichen Fragestellungen gegenüber, bspw. dann, wenn die Finanzbehörden bei der Verarbeitung der personenbezogenen Daten des Mandanten gegen die DSGVO verstoßen. Gleiches gilt in Bereichen des Beschäftigtendatenschutzes. Sowohl der Kanzleiinhaber selbst, als auch seine Arbeitgeber-Mandanten haben die Vorschriften des Beschäftigtendatenschutzes einzuhalten. Der Steuerberater benötigt datenschutzrechtliches Know How, welches unmittelbar seine tägliche Praxis betrifft. Andernfalls besteht das Risiko, dass dieser mit mehr Fragen, als Antworten zurück bleibt.
Enzyme und Biosensorik
(2018)
Enzymbasierte Biosensoren finden seit mehr als fünf Jahrzehnten einen prosperierenden Wachstumsmarkt und werden zunehmend auch in biotechnologischen Prozessen eingesetzt. In diesem Kapitel werden, ausgehend vom Sensorbegriff und typischen Kenngrößen für Biosensoren (Abschn. 18.1), elektrochemische Enzym-Biosensoren vorgestellt und deren typischen Einsatzgebiete diskutiert (Abschn. 18.2). Ein Blick über den „Tellerrand“ hinaus zeigt alternative Transduktorprinzipien (Abschn. 18.3) und führt abschließend in aktuelle Forschungstrends ein (Abschn. 18.4).
Human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPS-CM) today are widely used for the investigation of normal electromechanical cardiac function, of cardiac medication and of mutations. Computational models are thus established that simulate the behavior of this kind of cells. This section first motivates the modeling of hiPS-CM and then presents and discusses several modeling approaches of microscopic and macroscopic constituents of human-induced pluripotent stem cell-derived and mature human cardiac tissue. The focus is led on the mapping of the computational results one can achieve with these models onto mature human cardiomyocyte models, the latter being the real matter of interest. Model adaptivity is the key feature that is discussed because it opens the way for modeling various biological effects like biological variability, medication, mutation and phenotypical expression. We compare the computational with experimental results with respect to normal cardiac function and with respect to inotropic and chronotropic drug effects. The section closes with a discussion on the status quo of the specificity of computational models and on what challenges have to be solved to reach patient-specificity.
The light-addressable potentiometric sensor (LAPS) and scanning photo-induced impedance microscopy (SPIM) are two closely related methods to visualise the distributions of chemical species and impedance, respectively, at the interface between the sensing surface and the sample solution. They both have the same field-effect structure based on a semiconductor, which allows spatially resolved and label-free measurement of chemical species and impedance in the form of a photocurrent signal generated by a scanning light beam. In this article, the principles and various operation modes of LAPS and SPIM, functionalisation of the sensing surface for measuring various species, LAPS-based chemical imaging and high-resolution sensors based on silicon-on-sapphire substrates are described and discussed, focusing on their technical details and prospective applications.
Reconstructive surgery and tissue replacements like ureters or bladders reconstruction have been recently studied, taking into account growth and remodelling of cells since living cells are capable of growing, adapting, remodelling or degrading and restoring in order to deform and respond to stimuli. Hence, shapes of ureters or bladders and their microstructure change during growth and these changes strongly depend on external stimuli such as training. We present the mechanical stimulation of smooth muscle cells in a tubular fibrin-PVDFA scaffold and the modelling of the growth of tissue by stimuli. To this end, mechanotransduction was performed with a kyphoplasty balloon catheter that was guided through the lumen of the tubular structure. The bursting pressure was examined to compare the stability of the incubated tissue constructs. The results showed the significant changes on tissues with training by increasing the burst pressure as a characteristic mechanical property and the smooth muscle cells were more oriented with uniformly higher density. Besides, the computational growth models also exhibited the accurate tendencies of growth of the cells under different external stimuli. Such models may lead to design standards for the better layered tissue structure in reconstructing of tubular organs characterized as composite materials such as intestines, ureters and arteries.