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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.
Die Studie erörtert anhand eines Fallbeispiels aus der Mathematik für Ingenieur*innen, wie didaktische Gestaltungsprinzipien für Soziale Präsenz, Kollaboration und das Lösen von praxisnahen Problemen mit mathematischem Denken in einer Online-Umgebung aussehen können. Hierfür zieht der
Beitrag den forschungsmethodologischen Rahmen Design-Based Research (DBR) hinzu und berichtet über Zwischenergebnisse. DBR wird an dieser Stelle als eine systematische Herangehensweise an kurzfristige Lehrveränderungen und als Chance auf dem Weg zu einer neuen Hochschullehre nach der COVID-19-Pandemie dargestellt, die theoretische und empirische Erkenntnisse mit Praxisverknüpfung und -relevanz vereint.
Der vorliegende Beitrag stellt den seismischen Nachweis von Mauerwerksbauten in Deutschland auf Grundlage der DIN EN 1998‐1/NA vor, wobei auch die wesentlichen Änderungen zu der Norm DIN 4149 vergleichend erläutert werden. Vorgestellt werden die Definition der Erdbebeneinwirkung, das seismische Verhalten von Mauerwerksbauten und die Erläuterung der Rechenverfahren. Darauf aufbauend wird die Anwendung an drei Praxisbeispielen demonstriert.
Concentrating Solar Power
(2021)
The focus of this chapter is the production of power and the use of the heat produced from concentrated solar thermal power (CSP) systems.
The chapter starts with the general theoretical principles of concentrating systems including the description of the concentration ratio, the energy and mass balance. The power conversion systems is the main part where solar-only operation and the increase in operational hours.
Solar-only operation include the use of steam turbines, gas turbines, organic Rankine cycles and solar dishes. The operational hours can be increased with hybridization and with storage.
Another important topic is the cogeneration where solar cooling, desalination and of heat usage is described.
Many examples of commercial CSP power plants as well as research facilities from the past as well as current installed and in operation are described in detail.
The chapter closes with economic and environmental aspects and with the future potential of the development of CSP around the world.
There is a broad international discussion about rethinking engineering education in order to educate engineers to cope with future challenges, and particularly the sustainable development goals. In this context, there is a consensus about the need to shift from a mostly technical paradigm to a more holistic problem-based approach, which can address the social embeddedness of technology in society. Among the strategies suggested to address this social embeddedness, design thinking has been proposed as an essential complement to engineering precisely for this purpose. This chapter describes the requirements for integrating the design thinking approach in engineering education. We exemplify the requirements and challenges by presenting our approach based on our course experiences at RWTH Aachen University. The chapter first describes the development of our approach of integrating design thinking in engineering curricula, how we combine it with the Sustainable Development Goals (SDG) as well as the role of sustainability and social responsibility in engineering. Secondly, we present the course “Expanding Engineering Limits: Culture, Diversity, and Gender” at RWTH Aachen University. We describe the necessity to theoretically embed the method in social and cultural context, giving students the opportunity to reflect on cultural, national, or individual “engineering limits,” and to be able to overcome them using design thinking as a next step for collaborative project work. The paper will suggest that the successful implementation of design thinking as a method in engineering education needs to be framed and contextualized within Science and Technology Studies (STS).
Die Energiewirtschaft befindet sich in einem starken Wandel, der v. a. durch die Energiewende und Digitalisierung Druck auf sämtliche Marktteilnehmer ausübt. Das klassische Geschäftsmodell des Energieversorgungsunternehmens verändert sich dabei grundlegend. Der kontinuierlich ansteigende Einsatz dezentraler und volatiler Erzeugungsanlagen macht die Identifikation von Flexibilitätspotenzialen notwendig, um weiterhin eine hohe Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Dieser Schritt ist nur mit einem hohen Digitalisierungsgrad möglich. Eine funktionale Plattform mit Microservices, die zu Geschäftsprozessen verbunden werden können, wird als Möglichkeit zur Aktivierung der Flexibilität und Digitalisierung der Energieversorgungsunternehmen im Folgenden vorgestellt.
Producing fresh water from saline water has become one of the most difficult challenges to overcome especially with the high demand and shortage of fresh water. In this context, as part of a collaboration with Germany, the authors propose a design and implementation of a pilot multi-stage solar desalination system (MSD), remotely controlled, at Douar Al Hamri in the rural town of Boughriba in the province of Berkane, Morocco. More specifically, they present their contribution on the remote control and supervision system, which makes the functioning of the MSD system reliable and guarantees the production of drinking water for the population of Douar. The results obtained show that the electronic cards and computer communication software implemented allow the acquisition of all electrical (currents, voltages, powers, yields), thermal (temperatures of each stage), and meteorological (irradiance and ambient temperature), remote control and maintenance (switching on, off, data transfer). By comparing with the literature carried out in the field of solar energy, the authors conclude that the MSD and electronic desalination systems realized during this work represent a contribution in terms of the reliability and durability of providing drinking water in rural and urban areas.
Implementation of gender and diversity perspectives in transport development plans in germany
(2020)
As mobility should ensure the accessibility to and participation in society, transport planning has to deal with a variety of gender and diversity categories affecting users’ mobility needs and patterns. Exemplified by an analysis of an instrument of transport development processes – German Transport Development Plans (TDPs) – we investigated to what extent diverse target groups and their mobility requirements are implemented in transport strategy papers. Research results illustrate a still-prevalent neglect of several relevant gender and diversity categories while prioritizing and focusing on eco-friendly topics. But how sustainable can transport be without facing the diversification of life circumstances?
The chapter initially provides a summary of the contents of Eurocode 8, its aim being to offer both to the students and to practising engineers an easy introduction into the calculation and dimensioning procedures of this earthquake code. Specifically, the general rules for earthquake-resistant structures, the definition of design response spectra taking behaviour and importance factors into account, the application of linear and non-linear calculation methods and the structural safety verifications at the serviceability and ultimate limit state are presented. The application of linear and non-linear calculation methods and corresponding seismic design rules is demonstrated on practical examples for reinforced concrete, steel and masonry buildings. Furthermore, the seismic assessment of existing buildings is discussed and illustrated on the example of a typical historical masonry building in Italy. The examples are worked out in detail and each step of the design process, from the preliminary analysis to the final design, is explained in detail.
Wind loads have great impact on many engineering structures. Wind storms often cause irreparable damage to the buildings which are exposed to it. Along with the earthquakes, wind represents one of the most common environmental load on structures and is relevant for limit state design. Modern wind codes indicate calculation procedures allowing engineers to deal with structural systems, which are susceptible to conduct wind-excited oscillations. In the codes approximate formulas for wind buffeting are specified which relate the dynamic problem to rather abstract parameter functions. The complete theory behind is not visible in order to simplify the applicability of the procedures. This chapter derives the underlying basic relations of the spectral method for wind buffeting and explains the main important applications of it in order to elucidate part of the theoretical background of computations after the new codes. The stochasticity of the wind processes is addressed, and the analysis of analytical as well as measurement based power spectra is outlined. Short MATLAB codes are added to the Appendix 3 which carry out the computation of a single sided auto-spectrum from a statistically stationary, discrete stochastic process. Two examples are presented.
Industrial units consist of the primary load-carrying structure and various process engineering components, the latter being by far the most important in financial terms. In addition, supply structures such as free-standing tanks and silos are usually required for each plant to ensure the supply of material and product storage. Thus, for the earthquake-proof design of industrial plants, design and construction rules are required for the primary structures, the secondary structures and the supply structures. Within the framework of these rules, possible interactions of primary and secondary structures must also be taken into account. Importance factors are used in seismic design in order to take into account the usually higher risk potential of an industrial unit compared to conventional building structures. Industrial facilities must be able to withstand seismic actions because of possibly wide-ranging damage consequences in addition to losses due to production standstill and the destruction of valuable equipment. The chapter presents an integrated concept for the seismic design of industrial units based on current seismic standards and the latest research results. Special attention is devoted to the seismic design of steel thin-walled silos and tank structures.
Mathematik PLuS als E-Book. Kann ein E-Book zur Ingenieursmathematik alle Lerntypen ansprechen?
(2017)
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.
Lately there has been an increasing concern about uranium toxicity in some districts of Punjab State located in the North Western part of India after the publication of a report (Blaurock-Busch et al. 2010) which showed that the concentration of uranium in hair and urine of children suffering from physical deformities, neurological and mental disorder from Malwa region (Fig. 1) of Punjab State was manifold higher than the reference ranges. A train which connects the affected region with the nearby city of Bikaner which has a Cancer Hospital has been nicknamed as Cancer Express due to the frenzy generated on account of uranium related toxicity.
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.
Because of its minor environmental impact, electricity generation using wind power is getting remarkable. The further growth of the wind industry depends on technological solutions to the challenges in production and construction of the turbines. Wind turbine tower vibrations, which limit power generation efficiency and cause fatigue problems with high maintenance costs, count as one of the main structural difficulties in the wind energy sector. To mitigate tower vibrations auxiliary measures are necessary. The effectiveness of tuned mass damper is verified by means of a numeric study on a 5 MW onshore reference wind turbine. Hereby, also seismic-induced vibrations and soil–structure interaction are considered. Acquired results show that tuned mass damper can effectively reduce resonant tower vibrations and improve the fatigue life of wind turbines. This chapter is also concerned with tuned liquid column damper and a semiactive application of it. Due to its geometric versatility and low prime costs, tuned liquid column dampers are a good alternative to other damping measures, in particular for slender structures like wind turbines.
Unsere unternehmerische Umwelt befindet sich in einem zunehmend dynamischen Wandel. Dies führt dazu, dass Herausforderungen, denen sich Unternehmen stellen müssen, immer komplexer werden. Hier gilt es zunehmend, eine Balance zwischen verschiedenen Spannungsfeldern zu erreichen. Sogenannte Megatrends stellen die Treiber dieses Wandels dar. Als Megatrend werden nach dem Zukunftsinstitut (2010a) richtungsweisende Veränderungstendenzen aufgefasst, die alle Bereiche des Lebens sowohl individuell als auch gesellschaftlich beeinflussen und langfristige Auswirkungen haben.
Partikelmesstechnik
(2012)
Der Schutz von Produkten vor der Kontamination durch Partikel gilt als eine zentrale Aufgabe der Reinraumtechnik. Da es dabei um Kontaminationseffekte weit unterhalb der visuellen Wahrnehmbarkeit geht, braucht es leistungsfähige Verfahren, um die Messgröße „Partikelkontamination“ über den gesamten Bereich, den Anwender fordern, präzise zu bestimmen. Neben der Partikelhäufigkeit ist dabei die Größe der Partikel, die sowohl das Transportverhalten wie auch die mögliche Wirkung auf das Produkt beeinflusst, von entscheidender Bedeutung. Ferner kann es für die Ermittlung von Kontaminationsquellen von Interesse sein, die Form und die chemische Natur der Partikel zu bestimmen (z. B. textile Fasern, Metallabrieb, flüssige Tröpfchen). Die Partikelhäufigkeit wird üblicherweise als Konzentration, d. h. bezogen auf das analysierte Gasvolumen angegeben. Bei den in reinen Technologien üblichen niedrigen Konzentrationen dient als Häufigkeitsmaß die Partikelanzahlkonzentration, also die Partikelanzahl pro Volumeneinheit des Trägermediums.
Zuverlässigkeitsanalyse zur Verifikation der Einhaltung von quantitativen Sicherheitsanforderungen.
(2012)
Risiken des Handels
(2012)
Aufbau von Handelseinheiten
(2012)
Speicheroptimierung
(2011)
In dieser Lektion wurden beginnend mit der Darstellung des fundamentalen Wandels
des Gasmarktes die daraus folgenden Implikationen für die Einsatzweise von
Gasspeichern abgeleitet. Anschließend wurden zwei Bewertungs- und Steuerungsverfahren für einen Gasspeicher an den beiden Marktstufen Termin- und Spotmarkt methodisch vorgestellt und anhand von Beispielrechnungen illustriert.
Das Verfahren zur Bewertung und Steuerung im Terminmarkt stellt ein sehr
robustes und methodisch einfaches Verfahren dar. Hierbei wird die Saisonalität
der Forwardkurve bzw. deren Veränderungen arbitragefrei mithilfe des Speichers
ausgenutzt. Dieses Verfahren kann nicht den gesamten Zeitwert des Speichers
ausweisen. Es zieht in jedem Zeitpunkt nur die aktuellen Informationen der Forwardkurve zur Entscheidung heran. Es bildet aber keine bedingte Erwartung über
zukünftige Erträge und deren Beeinflussung durch die aktuelle Speicherfahrweise,
um hieraus eine optimale Entscheidung zu formulieren.
Bei der Bewertung gegenüber dem Spotmarkt mithilfe der Least-Squares-Monte-
Carlo-Simulation wird in einer stochastischen Optimierung dagegen der volle Zeitwert des Speichers und damit der gesamte Zusatznutzen der Flexibilität ermittelt. Hierdurch leiten sich auch wesentlich andere Hedging-Empfehlungen als im ersten Verfahren ab, um diesen zu sichern. Der Einsatz der beiden Verfahren im Alltag zur Bewirtschaftung des Speichers hängt insbesondere vom Know-how, den Speicherparametern und der Risikobereitschaft des Handels ab. Beide Strategien liefern hierzu Hedging-Empfehlungen ab, mit welchem der zugrunde liegende Wert gesichert werden kann. Risikoaverse Händler, die einen Großteil des inneren Wertes sichern wollen, könnten im Terminmarkt einen Großteil des Speichers mithilfe des „Intrinsic Rolling“-Verfahrens bewirtschaften. Sie würden hierdurch den saisonalen Spread in der Forwardkurve rollierend sichern. Gleichzeitig kann ein kleinerer Anteil mithilfe der stochastischen Optimierung und den damit verbundenen Ausübungsgrenzen gegenüber dem Spotmarkt bewirtschaftet werden.
In einem liquiden vollständigen Markt wird eine Steuerung des Speichers allein
gegenüber den vorhandenen Marktstufen vorgenommen und der Wert für alle
Marktteilnehmer objektiv messbar. Für den Fall, dass der Markt illiquide ist und
hierdurch z. B. eine Kundenlast nicht allein am Termin- und Spotmarkt jederzeit
gedeckt werden kann, erscheint es notwendig, den Speicher im Kontext einer Portfoliooptimierung zu bewerten. Dies wird in der nächsten Lektion vorgenommen.
Hierbei ist aber zu beachten, dass der Speicher dadurch eine individualisierte Wertkomponente erhält, die von der konkreten Ausgestaltung des jeweiligen Portfolios abhängt.
Risiken des Handels
(2009)