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Digital twins enable the modeling and simulation of real-world entities (objects, processes or systems), resulting in improvements in the associated value chains. The emerging field of quantum computing holds tremendous promise forevolving this virtualization towards Quantum (Digital) Twins (QDT) and ultimately Quantum Twins (QT). The quantum (digital) twin concept is not a contradiction in terms - but instead describes a hybrid approach that can be implemented using the technologies available today by combining classicalcomputing and digital twin concepts with quantum processing. This paperpresents the status quo of research and practice on quantum (digital) twins. It alsodiscuses their potential to create competitive advantage through real-timesimulation of highly complex, interconnected entities that helps companies better
address changes in their environment and differentiate their products andservices.
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.”
Kommunikationsroboter für den Kundenservice. Aktuell werden große Fortschritte im Bereich von künstlicher Intelligenz und Robotik getätigt, sodass wir bald intelligente Maschinen unter uns haben werden. Daher müssen wir uns die Frage beantworten, welche Rolle diese einnehmen sollen und vor allem wie wir mit ihnen interagieren und kommunizieren wollen. "uCo" bewältigt dies mithilfe einer mobilen, robotischen Plattform, welche mit einem holografischen 3-D-Interface ausgestattet ist. Neben der Entwicklung des robotischen Körpers beinhaltet das Projekt "uCo" die Grundlage für ein Kommunikationssystem für "uCo's" Gesicht. "uCo" kommuniziert hauptsächlich über Sprache, wird dabei jedoch von einem speziell entwickelten Mimik- und Emotionssytem unterstützt. "uCo" als Konzept versucht, erste Antworten auf die komplexen gestalterischen und moralischen Fragen zu geben, die mit der Entwicklung von künstlicher Intelligenz einhergehen. Und wer weiß - vielleicht wirst du eines Tages von einem "uCo" beraten.
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.
Kouyou : Ort im Raum
(2022)
Selbstliebe, der Moment der Ruhe, sich eine mentale Pause erlauben und von allem bewusst abzuschalten, sind aktuelle Themen unserer Gesellschaft. Die Zeit, in der wir leben, bewegt sich in einer Geschwindigkeit, die alle unsere Sinne überlastet und uns nicht mehr erlaubt, selbst zuzuhören oder volle Momente der Ruhe zu erleben. Thema der Bachelorarbeit ist der Entwurf eines Sitzmöbels, welches inspiriert ist durch die sakralische Architektur. Der Stuhl soll das Gefühl von Umformung und Leichtigkeit vermitteln. Er ist aus Eiche gebaut und unterstützt den Menschen in seiner bewussten Sitzhaltung. Die Eiche ist ein Baum, der für Kraft, Durchhaltevermögen und Gerechtigkeit steht. Es heißt auch, wenn man eine Eiche sieht, sie umarmen soll, da sie heilende Kräfte hat. Hier ist aber die Eiche, die den Menschen symbolisch umarmen soll, wenn man auf ihr sitzt. Und somit spielen Architektur, Möbel und der Mensch eine spielende Rolle, und zwar ist es die menschliche Haltung im Raum.
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.
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.
Although several successful applications of benchtop nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy in quantitative mixture analysis exist, the possibility of calibration transfer remains mostly unexplored, especially between high- and low-field NMR. This study investigates for the first time the calibration transfer of partial least squares regressions [weight average molecular weight (Mw) of lignin] between high-field (600 MHz) NMR and benchtop NMR devices (43 and 60 MHz). For the transfer, piecewise direct standardization, calibration transfer based on canonical correlation analysis, and transfer via the extreme learning machine auto-encoder method are employed. Despite the immense resolution difference between high-field and low-field NMR instruments, the results demonstrate that the calibration transfer from high- to low-field is feasible in the case of a physical property, namely, the molecular weight, achieving validation errors close to the original calibration (down to only 1.2 times higher root mean square errors). These results introduce new perspectives for applications of benchtop NMR, in which existing calibrations from expensive high-field instruments can be transferred to cheaper benchtop instruments to economize.
NMR standardization approach that uses the 2H integral of deuterated solvent for quantitative multinuclear analysis of pharmaceuticals is described. As a proof of principle, the existing NMR procedure for the analysis of heparin products according to US Pharmacopeia monograph is extended to the determination of Na+ and Cl- content in this matrix. Quantification is performed based on the ratio of a 23Na (35Cl) NMR integral and 2H NMR signal of deuterated solvent, D2O, acquired using the specific spectrometer hardware. As an alternative, the possibility of 133Cs standardization using the addition of Cs2CO3 stock solution is shown. Validation characteristics (linearity, repeatability, sensitivity) are evaluated. A holistic NMR profiling of heparin products can now also be used for the quantitative determination of inorganic compounds in a single analytical run using a single sample. In general, the new standardization methodology provides an appealing alternative for the NMR screening of inorganic and organic components in pharmaceutical products.
Lignin is a promising renewable biopolymer being investigated worldwide as an environmentally benign substitute of fossil-based aromatic compounds, e.g. for the use as an excipient with antioxidant and antimicrobial properties in drug delivery or even as active compound. For its successful implementation into process streams, a quick, easy, and reliable method is needed for its molecular weight determination. Here we present a method using 1H spectra of benchtop as well as conventional NMR systems in combination with multivariate data analysis, to determine lignin’s molecular weight (Mw and Mn) and polydispersity index (PDI). A set of 36 organosolv lignin samples (from Miscanthus x giganteus, Paulownia tomentosa and Silphium perfoliatum) was used for the calibration and cross validation, and 17 samples were used as external validation set. Validation errors between 5.6% and 12.9% were achieved for all parameters on all NMR devices (43, 60, 500 and 600 MHz). Surprisingly, no significant difference in the performance of the benchtop and high-field devices was found. This facilitates the application of this method for determining lignin’s molecular weight in an industrial environment because of the low maintenance expenditure, small footprint, ruggedness, and low cost of permanent magnet benchtop NMR systems.
Heparin is a natural polysaccharide, which plays essential role in many biological processes. Alterations in building blocks can modify biological roles of commercial heparin products, due to significant changes in the conformation of the polymer chain. The variability structure of heparin leads to difficulty in quality control using different analytical methods, including infrared (IR) spectroscopy. In this paper molecular modelling of heparin disaccharide subunits was performed using quantum chemistry. The structural and spectral parameters of these disaccharides have been calculated using RHF/6-311G. In addition, over-sulphated chondroitin sulphate disaccharide was studied as one of the most widespread contaminants of heparin. Calculated IR spectra were analyzed with respect to specific structure parameters. IR spectroscopic fingerprint was found to be sensitive to substitution pattern of disaccharide subunits. Vibrational assignments of calculated spectra were correlated with experimental IR spectral bands of native heparin. Chemometrics was used to perform multivariate analysis of simulated spectral data.
Inhaltsverzeichnis - Bachelorarbeiten
1. Testamentsgestaltung bei Patchworkfamilien – Lösungsansätze für typische
Praxisprobleme unter Berücksichtigung der Interessenlagen der Parteien
- Ronja Bundrock 4 - 58
2. Die Haftung des AG-Vorstands gegenüber der Gesellschaft in unterneh-
mensinternen und -externen Krisen
- Nico Kremers 59 - 122
3. The Relationship of the Ex-Ante Uncertainty about the Value of a Stock
and its IPO Underpricing – An Analysis of the German Market
- Lennard Pankok 123 - 179
4. Attractiveness Bias in Venture Capital – An Analysis of Investor Decision
Making in “Die Höhle der Löwen”
- Theresa Maria Weisheit 180 - 242
Inhaltsverzeichnis – Masterarbeiten
Erhöhung der Energieautarkie in der Backbranche – Anwendung von bidi-
rektionalem Laden und dessen Auswirkungen auf die Geschäftsprozesse
und Informationssysteme
- Jasper Spoede 243 - 355
Inhaltsverzeichnis:
06| "WIR" werden nachhaltig
10| Der Kraft-Stoff aus dem Bioreaktor
14| Energieverbrauch des Campus Jülich optimieren
16| „Eine große Hilfestellung für Flutopfer“
20| Von der ersten Skizze zu den Blumen in der Vase
22|Wie schläft es sich im All, Herr Maurer?
24| Expedition Arktis
28| Eine Frage, zwei Antworten
30| Der schönste Arbeitsplatz der Welt
32| Im Einklang
36| Ein Vorgeschmack auf die echte Arbeitswelt
38| Den Rätseln des Universums auf der Spur
40| Auf Umwegen in die Spitzenforschung
42| Klappe FH Aachen, die erste … Kamera läuft!
44| Auszeit
46| „Fotografie öffnet Türen zu Parallelwelten“
50| Es gibt viel zu tun
52| Durch-Blick
54| Weichen stellen für einen ganz besonderen Job
58| Souta, Iver und der Wind
60| Die FH Aachen ist systemakkreditiert
61| Der Vulkan
62| Kopfnuss, Impressum
Der Raum des Museums ist kein funktionaler Ort. Er dient den Besucher:innen als Inspiration, gefüllt mit Kunst, Poesie und Konzept. Das Museum Küppersmühle ist dabei eine klassische White Cube Gallery mit weitläufigen Räumen, viel Platz für die Kunst und einer hochwertigen Sammlung. Es befindet sich in einem umgebauten, alten Speichergebäude im Duisburger Innenhafen.
Im Zuge der Masterarbeit wurden ein Erscheinungsbild und Orientierungssystem für das Museums entwickelt. Das Gestaltungssystem ist ein Spiel von Verbindungen, die mal gradlinig, teilweise geschwungen und manchmal verdreht sind. Der geschwungene Pfeil wird hierbei zum Visual des Umwegs, des Gedankensprungs und des Entdeckens. Es ist ein Informationskonzept entstanden, das dazu einlädt, über die geführten Wege hinauszublicken. Es leitet digital und mittels verschiedener Printmedien durch die Ausstellung für moderne Kunst.
Bei Schienenfahrzeugen, die mit dem Zugsicherungssystem ETCS betrieben sind, wird die Odometrie durch eine diskrete Ortung mittels physischen Balisen zurückgesetzt.
Diese Arbeit befasst sich mit der Innovation von virtuellen Balisen. Virtuelle Balisen, können eingesetzt werden, um physische, im Gleisbett montierte Balisen zu ersetzen. Durch den Einsatz von virtuellen Balisen soll der Infrastrukturausbau von ETCS vorangetrieben werden, indem sie als virtuelle Komponente auf Schienenfahrzeugen eingesetzt werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Fragestellung beantwortet, ob eine bordautonome Zugortung mittels virtuellen Balisen in einem ausgewählten Szenario mit einem akzeptablen Risiko verbunden ist? Das Szenario besteht aus einem Schienenfahrzeug, welches mit dem Zugsicherungssystem ETCS Level 2 auf einer eingleisigen Nebenstrecke betreiben wird. Hierzu werden zunächst die Grundlagen von ETCS und der satellitenbasierten Ortung erläutert. Des Weiteren werden die Grundlagen des CSM Prozesses und der expliziten Risikoabschätzung eingeführt.
Aufbauend auf diesen Grundlagen wird der CSM Prozess angewandt und dabei eine Systemdefinition mit den Schnittstellen des Systems zur Umwelt erstellt. Mit der Hazop-Methode werden die Gefährdungen der Schnittstellen erfasst und beurteilt. Die sicherheitsrelevanten Gefährdungen werden in einer FMEA bewertet. In der folgenden Diskussion werden sicherheitsrelevante Gefährdungen nochmals betrachtet.
Das Ergebnis der Arbeit ist, dass im ausgewählten Szenario, unter der Verwendung der CSM-Prozesse und der industriell anerkannten Methoden Hazop und FMEA, die Integration der Board-autonomen-Ortung mit einem akzeptablen Risiko verbunden ist.
When confining pressure is low or absent, extensional fractures are typical, with fractures occurring on unloaded planes in rock. These “paradox” fractures can be explained by a phenomenological extension strain failure criterion. In the past, a simple empirical criterion for fracture initiation in brittle rock has been developed. But this criterion makes unrealistic strength predictions in biaxial compression and tension. A new extension strain criterion overcomes this limitation by adding a weighted principal shear component. The weight is chosen, such that the enriched extension strain criterion represents the same failure surface as the Mohr–Coulomb (MC) criterion. Thus, the MC criterion has been derived as an extension strain criterion predicting failure modes, which are unexpected in the understanding of the failure of cohesive-frictional materials. In progressive damage of rock, the most likely fracture direction is orthogonal to the maximum extension strain. The enriched extension strain criterion is proposed as a threshold surface for crack initiation CI and crack damage CD and as a failure surface at peak P. Examples show that the enriched extension strain criterion predicts much lower volumes of damaged rock mass compared to the simple extension strain criterion.
Formine 2022 : Concezione I
(2022)
Der diesjährige Workshop steht im Zeichen der räumlichen Konzeption. Das Definieren und Erfahren des engsten, ganz eigenen Betrachtungsraums, bis hin zur weitläufigen öffentlichen Umgebung des Ortes ist hierbei der erste Schritt.
Hierzu stehen alle konzeptionellen Werkzeuge – von der Entwicklung vereinzelter Skizzenabfolgen, bis hin zur Collage - in den ersten Tagen des Workshops zur Verfügung. Abschließend gilt es, den Aufbau - das „Sichzusammenfügen“ aus Form, Relation und Material - in einer Plastik zu vereinen.
Purpose
In the determination of the measurement uncertainty, the GUM procedure requires the building of a measurement model that establishes a functional relationship between the measurand and all influencing quantities. Since the effort of modelling as well as quantifying the measurement uncertainties depend on the number of influencing quantities considered, the aim of this study is to determine relevant influencing quantities and to remove irrelevant ones from the dataset.
Design/methodology/approach
In this work, it was investigated whether the effort of modelling for the determination of measurement uncertainty can be reduced by the use of feature selection (FS) methods. For this purpose, 9 different FS methods were tested on 16 artificial test datasets, whose properties (number of data points, number of features, complexity, features with low influence and redundant features) were varied via a design of experiments.
Findings
Based on a success metric, the stability, universality and complexity of the method, two FS methods could be identified that reliably identify relevant and irrelevant influencing quantities for a measurement model.
Originality/value
For the first time, FS methods were applied to datasets with properties of classical measurement processes. The simulation-based results serve as a basis for further research in the field of FS for measurement models. The identified algorithms will be applied to real measurement processes in the future.
REM sleep without atonia (RSWA) is a key feature for the diagnosis of rapid eye movement (REM) sleep behaviour disorder (RBD). We introduce RBDtector, a novel open-source software to score RSWA according to established SINBAR visual scoring criteria. We assessed muscle activity of the mentalis, flexor digitorum superficialis (FDS), and anterior tibialis (AT) muscles. RSWA was scored manually as tonic, phasic, and any activity by human scorers as well as using RBDtector in 20 subjects. Subsequently, 174 subjects (72 without RBD and 102 with RBD) were analysed with RBDtector to show the algorithm’s applicability. We additionally compared RBDtector estimates to a previously published dataset. RBDtector showed robust conformity with human scorings. The highest congruency was achieved for phasic and any activity of the FDS. Combining mentalis any and FDS any, RBDtector identified RBD subjects with 100% specificity and 96% sensitivity applying a cut-off of 20.6%. Comparable performance was obtained without manual artefact removal. RBD subjects also showed muscle bouts of higher amplitude and longer duration. RBDtector provides estimates of tonic, phasic, and any activity comparable to human scorings. RBDtector, which is freely available, can help identify RBD subjects and provides reliable RSWA metrics.
The European Union's aim to become climate neutral by 2050 necessitates ambitious efforts to reduce carbon emissions. Large reductions can be attained particularly in energy intensive sectors like iron and steel. In order to prevent the relocation of such industries outside the EU in the course of tightening environmental regulations, the establishment of a climate club jointly with other large emitters and alternatively the unilateral implementation of an international cross-border carbon tax mechanism are proposed. This article focuses on the latter option choosing the steel sector as an example. In particular, we investigate the financial conditions under which a European cross border mechanism is capable to protect hydrogen-based steel production routes employed in Europe against more polluting competition from abroad. By using a floor price model, we assess the competitiveness of different steel production routes in selected countries. We evaluate the climate friendliness of steel production on the basis of specific GHG emissions. In addition, we utilize an input-output price model. It enables us to assess impacts of rising cost of steel production on commodities using steel as intermediates. Our results raise concerns that a cross-border tax mechanism will not suffice to bring about competitiveness of hydrogen-based steel production in Europe because the cost tends to remain higher than the cost of steel production in e.g. China. Steel is a classic example for a good used mainly as intermediate for other products. Therefore, a cross-border tax mechanism for steel will increase the price of products produced in the EU that require steel as an input. This can in turn adversely affect competitiveness of these sectors. Hence, the effects of higher steel costs on European exports should be borne in mind and could require the cross-border adjustment mechanism to also subsidize exports.
Die neu erschienenen „Empfehlungen zum Einsatz von Verkehrsnachfragemodellen für den Personenverkehr“ liefern erstmals als Empfehlungspapier der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen einen umfassenden Überblick zu den verschiedenen Aspekten der Modellierung und geben dem Fachplaner konkrete Hilfestellung für die Konzeption von Nachfragemodellen. Das Empfehlungspapier zielt unter anderem darauf ab, die Erwartungen und das Anspruchsniveau in Hinblick auf Sachgerechtigkeit der Modelle, die erzielbare Modellqualität und den Detaillierungsgrad der Modellaussagen zu harmonisieren.
In der Praxis bestehen vielfältige Einsatzbereiche für Verkehrsnachfragemodelle. Mit ihnen können Kenngrößen des Verkehrsangebots und der Verkehrsnachfrage für den heutigen Zustand wie auch für zukünftige Zustände bereitgestellt werden, um so die Grundlagen für verkehrsplanerische Entscheidungen zu liefern. Die neuen „Empfehlungen zum Einsatz von Verkehrsnachfragemodellen für den Personenverkehr“ (EVNM-PV) (FGSV 2022) veranschaulichen anhand von typischen Planungsaufgaben, welche differenzierten Anforderungen daraus für die Modellkonzeption und -erstellung resultieren. Vor dem Hintergrund der konkreten Aufgabenstellung sowie deren spezifischer planerischer Anforderungen bildet die abzuleitende Modellspezifikation die verabredete Grundlage zwischen Auftraggeber und Modellersteller für die konkrete inhaltliche, fachliche Ausgestaltung des Verkehrsmodells.
Stützen und Träger aus Stahlprofilen können in Fundamente oder Wände aus Stahlbeton einbetoniert werden. Diese Anschlüsse wirken in der Regel wie Einspannungen, die eine ausreichende Einspanntiefe erfordern. Im Folgenden wird eine verallgemeinerte Berechnungsmethode für in Stahlbetonkonstruktionen eingespannte Stahlprofile aus gewalzten I-Profilen, geschweißten I-Profilen, runden Hohlprofilen, eckigen Hohlprofilen und einzelligen Kastenquerschnitten vorgestellt. Für Beanspruchungen infolge einachsiger Biegung um die starke und schwache Profilachse werden der profilabhängige Ansatz der Betondruckspannungen im Einspannbereich und die Ermittlung der Einspanntiefe behandelt. Unter Berücksichtigung der Normalkraft werden an den maßgebenden Stellen Tragfähigkeitsnachweise für die Stahlprofile geführt. Als Ergänzung zu den Berechnungsformeln werden Bemessungshilfen zur Verfügung gestellt, die die Wahl der mitwirkenden Breiten und der Einspanntiefen erleichtert.
Die Theorie und Konstruktion der wichtigsten Bereiche der Stahlbautechnik werden von den Grundlagen her entwickelt und durch viele Beispiele praxisbezogen erläutert. Das Buch ist aus Vorlesungen im Grund- und Vertiefungsstudium des Bauingenieurwesens entstanden. Der Inhalt wird zum Teil systematisch, zum Teil exemplarisch dargestellt.
Für Konstrukteure und Statiker in den technischen Büros, der Beratenden Ingenieure und der Prüfämter enthält das Buch aufbereitete Berechnungsverfahren und Konstruktionsvorschläge in großer Zahl.
Dieser Beitrag stellt einen Bewertungsrahmen für Smart Services vor, der auf dem Konzept vollständiger Finanzpläne (VOFI) basiert. Zunächst wird eine IoT-Architektur für Smart Services eingeführt, die die Grundlage für deren Betrachtung aus Sicht der Unternehmensplanung liefert. Hierauf aufbauend wird ein Bewertungsrahmen für die finanzplanorientierte Wirtschaftlichkeitsbewertung von Smart Services geschaffen, mit dem die relevanten Zahlungsfolgen differenziert erfasst werden. Mithilfe des entwickelten VOFI-Systems wird anschließend aufgezeigt, wie mithilfe einer Risikoanalyse die Unsicherheit von Modellparametern berücksichtigt werden kann.
FEM shakedown analysis of structures under random strength with chance constrained programming
(2022)
Direct methods, comprising limit and shakedown analysis, are a branch of computational mechanics. They play a significant role in mechanical and civil engineering design. The concept of direct methods aims to determine the ultimate load carrying capacity of structures beyond the elastic range. In practical problems, the direct methods lead to nonlinear convex optimization problems with a large number of variables and constraints. If strength and loading are random quantities, the shakedown analysis can be formulated as stochastic programming problem. In this paper, a method called chance constrained programming is presented, which is an effective method of stochastic programming to solve shakedown analysis problems under random conditions of strength. In this study, the loading is deterministic, and the strength is a normally or lognormally distributed variable.
On the basis of bivariate data, assumed to be observations of independent copies of a random vector (S,N), we consider testing the hypothesis that the distribution of (S,N) belongs to the parametric class of distributions that arise with the compound Poisson exponential model. Typically, this model is used in stochastic hydrology, with N as the number of raindays, and S as total rainfall amount during a certain time period, or in actuarial science, with N as the number of losses, and S as total loss expenditure during a certain time period. The compound Poisson exponential model is characterized in the way that a specific transform associated with the distribution of (S,N) satisfies a certain differential equation. Mimicking the function part of this equation by substituting the empirical counterparts of the transform we obtain an expression the weighted integral of the square of which is used as test statistic. We deal with two variants of the latter, one of which being invariant under scale transformations of the S-part by fixed positive constants. Critical values are obtained by using a parametric bootstrap procedure. The asymptotic behavior of the tests is discussed. A simulation study demonstrates the performance of the tests in the finite sample case. The procedure is applied to rainfall data and to an actuarial dataset. A multivariate extension is also discussed.
The fourth industrial revolution presents a multitude of challenges for industries, one of which being the increased flexibility required of manufacturing lines as a result of increased consumer demand for individualised products. One solution to tackle this challenge is the digital twin, more specifically the standardised model of a digital twin also known as the asset administration shell. The standardisation of an industry wide communications tool is a critical step in enabling inter-company operations. This paper discusses the current state of asset administration shells, the frameworks used to host them and their problems that need to be addressed. To tackle these issues, we propose an event-based server capable of drastically reducing response times between assets and asset administration shells and a multi-agent system used for the orchestration and deployment of the shells in the field.
Dieser Beitrag beschreibt die herkömmlichen Maßnahmen wie die Kapazitätsbemessung der Tragwerksstruktur, die Isolation des Bauwerks mittels Basisisolatoren, die Dämpfungserhöhung der Struktur mittels Inter-Story-Dämpfern und die Schwingungsreduktion mittels Schwingungstilgern gegen Einwirkungen durch Erdbeben, Wind, Verkehr und Personen auf die Bauwerke. Ergänzend wird die erdbebengerechte Auslegung und Isolation von nichttragenden Bauteilen behandelt. Für die betrachteten Systeme werden die Bewegungsdifferenzialgleichungen unter Berücksichtigung der wesentlichen Nichtlinearitäten angegeben. Die vorgestellten Weiterentwicklungen in den Bereichen der Basisisolatoren, Dämpfern und Schwingungstilgern zeigen, dass das modellbasierte Design mittels Simulation ein sehr effektives, ökonomisches und dank der heutigen Computerleistung auch zeiteffizientes Werkzeug darstellt.
The work presented in this report provides scientific support to building renovation policies in the EU by promoting a holistic point of view on the topic. Integrated renovation can be seen as a nexus between European policies on disaster resilience, energy efficiency and circularity in the building sector. An overview of policy measures for the seismic and energy upgrading of buildings across EU Member States identified only a few available measures for combined upgrading. Regulatory framework, financial instruments and digital tools similar to those for energy renovation, together with awareness and training may promote integrated renovation. A framework for regional prioritisation of building renovation was put forward, considering seismic risk, energy efficiency, and socioeconomic vulnerability independently and in an integrated way. Results indicate that prioritisation of building renovation is a multidimensional problem. Depending on priorities, different integrated indicators should be used to inform policies and accomplish the highest relative or most spread impact across different sectors. The framework was further extended to assess the impact of renovation scenarios across the EU with a focus on priority regions. Integrated renovation can provide a risk-proofed, sustainable, and inclusive built environment, presenting an economic benefit in the order of magnitude of the highest benefit among the separate interventions. Furthermore, it presents the unique capability of reducing fatalities and energy consumption at the same time and, depending on the scenario, to a greater extent.
Industrial facilities must be thoroughly designed to withstand seismic actions as they exhibit an increased loss potential due to the possibly wideranging damage consequences and the valuable process engineering equipment. Past earthquakes showed the social and political consequences of seismic damage to industrial facilities and sensitized the population and politicians worldwide for the possible hazard emanating from industrial facilities. However, a holistic approach for the seismic design of industrial facilities can presently neither be found in national nor in international standards. The introduction of EN 1998-4 of the new generation of Eurocode 8 will improve the normative situation with
specific seismic design rules for silos, tanks and pipelines and secondary process components. The article presents essential aspects of the seismic design of industrial facilities based on the new generation of Eurocode 8 using the example of tank structures and secondary process components. The interaction effects of the process components with the primary structure are illustrated by means of the experimental results of a shaking table test of a three story moment resisting steel frame with different process components. Finally, an integrated approach of
digital plant models based on building information modelling (BIM) and structural health monitoring (SHM) is presented, which provides not only a reliable decision-making basis for operation, maintenance and repair but also an excellent tool for rapid assessment of seismic damage.
Tierpatenschaften bilden einen notwendigen Bestandteil, um Gelder für den Artenschutz zu akquirieren und sowohl in Tierschutzprojekte als auch in die Erhaltung der Lebensräume zu investieren. Doch um weiterhin Pat:Innen zu gewinnen und die Spendenbereitschaft zu steigern, müssen Patenschaften persönlicher werden. Dafür schafft dieses Projekt eine neue Form der Patenschaft, die in einer vorwiegend digitalen Kampagne beworben wird. Mithilfe von Kooperationen über Instagram gewinnt das Thema an Reichweite. Unter dem Motto "ganz nah dran“ überwindet die Kampagne die physische Distanz zwischen Wildtier und Pat:In durch virtuelle Erlebnisse und schafft somit eine emotionale Verbindung. Dadurch steigt nicht die Spendenbereitschaft für das Patentier an sich, sondern ihm zuliebe eben auch für den Schutz des Lebensraums. Damit öffnet dieses Konzept den Blick für unkonventionelle Lösungen zum Erhalt der Wildtiere in Deutschland.
Die „Orgasmuslücke“ ist ein Begriff aus der Sexualforschung, der die Ungleichheit von Orgasmen zwischen den verschiedenen Geschlechtern und Sexualitäten beschreibt. Sie beruht dabei vor allem auf das problematische Verständnis von Sex, das durch verschiedene kulturelle Einflüsse vermittelt wird. Um über diese Einflüsse aufzuklären, wurde das Format „fuckfulness“ konzipiert. Mithilfe von animierten Videos und darauf aufbauendem Social-Media-Content befasst sich „fuckfulness“ ausführlich mit allen Hintergründen der Orgasmuslücke und gestaltet sexuelle Aufklärung neu. Durch junge und moderne Kommunikation wird das Projekt auch für eine jüngere Zielgruppe unterhaltsam. Ziel ist ein neues Verständnis von Sex, in dem die Bedürfnisse der Frau gleichberechtigt neben denen des Mannes stehen und entsprechende Beachtung finden. So soll die Orgasmuslücke schmaler werden, damit die Gleichstellung endlich auch in den eigenen vier Wänden gelebt werden kann.
In dieser Arbeit wurden kinetische Piktogramme als Kommunikationsmittel für das Stadttheater Aachen erstellt. Diese sollen als Erweiterung des bestehenden Corporate Designs ein jüngeres Publikum zu der bestehenden Zuschauerschaft hinzugewinnen. Die Piktogramme sind dabei inhaltlich an verschiedene Aufführungen des Theaters angepasst und unterstützen die Typografie in animierten Plakaten für die Außenwerbung.
Die Umsetzung der kinetischen Piktogramme wurde als Variable Font vollzogen. Damit lässt sich der Schriftschnitt durch verschiedene Interpolation-Achsen nach Belieben manipulieren. Dazu werden die Zwischenschritte automatisch errechnet, was die Technik optimal für eine 2D-Animation macht.
Anhand konkreter Anwendungsbeispiele zeigt diese Arbeit die vielen Vorteile von Variable Fonts und wirft damit einen Blick in das weite Feld ihrer spannenden Möglichkeiten, die bis dato längst noch nicht voll ausgeschöpft wurden.
Durch demographischen Wandel wird der Kontrast zwischen der starr über Grenzziehung definierten Kartographie und der tatsächlichen Bewegung von Menschen immer stärker. In dieser Arbeit wird der vermeintlichen Neutralität einer gewöhnlichen Karte auf den Zahn gefühlt. Denn statt sich auf die geografischen Regeln zu beschränken, versteht sie den Raum als ein komplexes Netzwerk sozialer Beziehungszusammenhänge. Sie orientiert sich dafür an migrantischen Lebensgeschichten, die zahlreiche Verbindungen zwischen unterschiedliche Orte spannen. Die Dreidimensionalität dieser Konstruktion öffnet dazu den Blick für die vielen Dimensionen dieser geografischen Bewegung. Durch den Perspektivwechsel wird der Ansatz hinterfragt, unter dem Kartographie bis jetzt betrachtet wurde. Das Raumkonzept wird weiter-gedacht – über Grenzen hinweg.
"Heimat" - Ein Begriff, der in den vergangenen Jahren wieder an Brisanz gewonnen hat. Die aktuelle Definition im Duden beschreibt ihn als Geburts- oder Wohnort. Aber hat Heimat wirklich nur eine Definition?
Durch ein begehbares Erlebnis werden die Betrachter:Innen Schritt für Schritt an den Heimatbegriff herangeführt. Neben der aktuellen Defintion werden sie über den Wandel des Heimatbegriffs und seiner Bedeutung in der Geschichte der letzten Jahrhunderte aufgeklärt. Darüber hinaus können sie andere Heimaten entdecken und im Anschluss an einem interaktiven Tisch spielerisch eigene Heimatdefinitionen finden und sie mit denen der Anderen vergleichen. Die Arbeit soll veranschaulichen, wie individuell der Heimatbegriff ist und dass sich eben hinter jeder sogenannten Heimat eine ganz persönliche Geschichte verbirgt.
In der aktuellen Gesellschaft ist ein Konsens davon spürbar, wie „Männlichkeit“ aussehen soll. In der fotografischen Arbeit wird hinterfragt, ob dieses Bild von Maskulinität flexibler gestaltet werden kann und muss. Über verschiede Online-Plattformen wurde nach männlich gelesenen Personen gesucht, die bereit waren, ihre „feminine“ Seite in Bezug auf ihr Aussehen innerhalb eines geschützten Raumes porträtieren zu lassen. Die Arbeit wird in einem Bildband und einem Ausstellungskonzept präsentiert und besteht aus einem 18-monatigem Prozess, 4 bereisten Städten und 30 Shootings. 80 Fotografien zeigen das Experiment, die Freude, aber auch die Überwindungskraft der Porträtierten, die notwendig ist, um Genderklischees zu brechen. Die Individualität der Menschen wird in den bühnenartigen Darstellungen hervorgehoben und gibt einen Denkanstoß zur Neugestaltung und Öffnung des Begriffes „Maskulinität“.