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Masonry is used in many buildings not only for load-bearing walls, but also for non-load-bearing enclosure elements in the form of infill walls. Many studies confirmed that infill walls interact with the surrounding reinforced concrete frame, thus changing dynamic characteristics of the structure. Consequently, masonry infills cannot be neglected in the design process. However, although the relevant standards contain requirements for infill walls, they do not describe how these requirements are to be met concretely. This leads in practice to the fact that the infill walls are neither dimensioned nor constructed correctly. The evidence of this fact is confirmed by the recent earthquakes, which have led to enormous damages, sometimes followed by the total collapse of buildings and loss of human lives. Recently, the increasing effort has been dedicated to the approach of decoupling of masonry infills from the frame elements by introducing the gap in between. This helps in removing the interaction between infills and frame, but raises the question of out-of-plane stability of the panel. This paper presents the results of the experimental campaign showing the out-of-plane behavior of masonry infills decoupled with the system called INODIS (Innovative decoupled infill system), developed within the European project INSYSME (Innovative Systems for Earthquake Resistant Masonry Enclosures in Reinforced Concrete Buildings). Full scale specimens were subjected to the different loading conditions and combinations of in-plane and out-of-plane loading. Out-of-plane capacity of the masonry infills with the INODIS system is compared with traditionally constructed infills, showing that INODIS system provides reliable out-of-plane connection under various loading conditions. In contrast, traditional infills performed very poor in the case of combined and simultaneously applied in-plane and out-of-plane loading, experiencing brittle behavior under small in-plane drifts followed by high out-of-plane displacements. Decoupled infills with the INODIS system have remained stable under out-of-plane loads, even after reaching high in-plane drifts and being damaged.
The established Hoeffding-Blum-Kiefer-Rosenblatt independence test statistic is investigated for partly not identically distributed data. Surprisingly, it turns out that the statistic has the well-known distribution-free limiting null distribution of the classical criterion under standard regularity conditions. An application is testing goodness-of-fit for the regression function in a non parametric random effects meta-regression model, where the consistency is obtained as well. Simulations investigate size and power of the approach for small and moderate sample sizes. A real data example based on clinical trials illustrates how the test can be used in applications.
We discuss the testing problem of homogeneity of the marginal distributions of a continuous bivariate distribution based on a paired sample with possibly missing components (missing completely at random). Applying the well-known two-sample Crámer–von-Mises distance to the remaining data, we determine the limiting null distribution of our test statistic in this situation. It is seen that a new resampling approach is appropriate for the approximation of the unknown null distribution. We prove that the resulting test asymptotically reaches the significance level and is consistent. Properties of the test under local alternatives are pointed out as well. Simulations investigate the quality of the approximation and the power of the new approach in the finite sample case. As an illustration we apply the test to real data sets.
The Rothman–Woodroofe symmetry test statistic is revisited on the basis of independent but not necessarily identically distributed random variables. The distribution-freeness if the underlying distributions are all symmetric and continuous is obtained. The results are applied for testing symmetry in a meta-analysis random effects model. The consistency of the procedure is discussed in this situation as well. A comparison with an alternative proposal from the literature is conducted via simulations. Real data are analyzed to demonstrate how the new approach works in practice.
Armiranobetonske (AB) zgrade sa zidanom ispunom
se izvode u mnogim zemljama širom sveta. Iako se
zidana ispuna posmatra kao nekonstruktivni element, ona
značajno utiče na promenu dinamičkih karakteristika AB
ramovskih konstrukcija u toku zemljotresnog dejstva.
Odskora, značajan napor je utrošen na istraživanje
izolovanih ispuna, koje su odvojene od okolnog rama
obično ostavljanjem prostora između rama i ispune. U
ovom slučaju deformacija rama ne aktivira ispunu i na taj
način ispuna ne utiče na ponašanje rama. Ovaj rad
predstavlja rezultate istraživanja ponašanja AB
ramovskih zgrada sa INODIS sistemom koji izoluje ispunu
u odnosu na okolni ram. Uticaj izolovane ispune je prvo
ispitan na jednospratnim i jednobrodnim ramovima. Ovo
je iskorišćeno kao osnova za parametarsku analizu na
višespratnim i višebrodnim ramovima, kao i na primeru
zgrade. Promena krutosti i dinamičkih karakteristika je
analizirano kao i odgovor pri zemljotresnom dejstvu.
Izvršeno je poređenje sa praznom ramovskom
konstrukcijom kao i ramovima ispunjenim ispunom na
tradicionalni način. Rezultati pokazuju da je ponašanje
ramova sa izolovanom ispunom slično ponašanju praznih
ramova, dok je ponašanje ramova sa tradicionalnom
ispunom daleko drugačije i zahteva kompleksne
numeričke modele. Ovo znači da ukoliko se primeni
adekvatna konstruktivna mera izolacije ispune, proračun
ramovskim zgrada sa zidanom ispunom se može
značajno pojednostaviti.
Recently, novel AI-based services have emerged in the consumer market. AI-based services can affect the way consumers take commercial decisions. Research on the influence of AI on commercial interactions is in its infancy. In this chapter, a framework creating a first overview of the influence of AI on commercial interactions is introduced. This framework summarizes the findings of comparing numerous customer journeys of novel AI-based services with corresponding non-AI equivalents.
04| Wissen stirbt nicht aus
12| Mathe ist sexy!
15| „Bei Grün bitte mit Abstand eintreten“
16| Maschinenbau — mehr als nur Metall
17| Brasilianischer Doktorand der zweiten Generation
18| Aus Alt mach Neu
20| Virtuelle Verleihung
21| Ehrenvolle Auszeichnung
22| Mit Regenjacke und Gummistiefeln
24| Ein Herz aus Beton
27| Wissenstransfer für die Automobilindustrie
28| Mission zum Mond
30| Eine Brücke, die sich selbst überwacht
32| Licht an — Kanal frei
34| Ein Tropfen auf den heißen Stein
36| Ist ein Studium das Richtige für mich?
38| Himmelblau und Feuerrot
41| Kopfnuss
41| Impressum
42| Mit Leichtigkeit und Transparenz
46| Dialektik des Stillstands
Die Durchführung einer systematischen Literaturrecherche ist eine zentrale Kompetenz wissenschaftlichen Arbeitens und bildet daher einen festen Ausbildungsbestandteil von Bachelor- und Masterstudiengängen. In entsprechenden Lehrveranstaltungen werden Studierende zwar mit den grundlegenden Hilfsmitteln zur Suche und Verwaltung von Literatur vertraut gemacht, allerdings werden die Potenziale textanalytischer Methoden und Anwendungssysteme (Text Mining, Text Analytics) dabei zumeist nicht abgedeckt. Folglich werden Datenkompetenzen, die zur systemgestützten Analyse und Erschließung von Literaturdaten erforderlich sind, nicht hinreichend ausgeprägt. Um diese Kompetenzlücke zu adressieren, ist an der Hochschule Osnabrück eine Lehrveranstaltung konzipiert und projektorientiert umgesetzt worden, die sich insbesondere an Studierende wirtschaftswissenschaftlicher Studiengänge richtet. Dieser Beitrag dokumentiert die fachliche sowie technische Ausgestaltung dieser Veranstaltung und zeigt Potenziale für die künftige Weiterentwicklung auf.
Am Beispiel der Telekommunikationsindustrie zeigt der Beitrag eine konkrete Ausgestaltung anwendungsorientierter Forschung, die sowohl für die Praxis als auch für die Wissenschaft nutzen- und erkenntnisbringend ist. Forschungsgegenstand sind die Referenzmodelle des Industriegremiums TM Forum, die von vielen Telekommunikationsunternehmen zur Transformation ihrer Strukturen und Systeme genutzt werden. Es wird die langjährige Forschungstätigkeit bei der Weiterentwicklung und Anwendung dieser Referenzmodelle beschrieben. Dabei wird ein konsequent gestaltungsorientierter Forschungsansatz verfolgt. Das Zusammenspiel aus kontinuierlicher Weiterentwicklung in Zusammenarbeit mit einem Industriegremium und der Anwendung in vielfältigen Praxisprojekten führt zu einer erfolgreichen Symbiose aus praktischer Nutzengenerierung sowie wissenschaftlichem Erkenntnisgewinn. Der Beitrag stellt den gewählten Forschungsansatz anhand konkreter Beispiele vor. Darauf basierend werden Empfehlungen und Herausforderungen für eine gestaltungs- und praxisorientierte Forschung diskutiert.
Insbesondere im wirtschaftlichen Kontext wird die Diversität von Belegschaften zunehmend als ein kritischer Erfolgsfaktor gesehen. Neben dem Potenzial, welches sich laut Studien aus einem vielfältigen Team ergibt, werden jedoch ebenfalls die aus menschlicher Diversität resultierenden Herausforderungen thematisiert und wissenschaftlich untersucht. Sowohl aus dem Potenzial als auch aus den Herausforderungen ergibt sich dabei die Notwendigkeit der Implementierung eines organisationsspezifischen Diversity Managements, welches die Gewinnung neuer Mitarbeiter*innen einerseits und das Management der vorhandenen Vielfalt andererseits gleichermaßen unterstützt. In der psychologischen, sozial- und wirtschaftswissenschaftlichen Literatur gibt es unterschiedliche Definitionen von Diversität, woraus sich verschiedene Perspektiven auf das Vorgehen bei der Gestaltung und Umsetzung eines Diversity Management Ansatzes ergeben. Insbesondere vor dem Hintergrund der Komplexität des Organisationsumfeldes und der steigenden Anforderungen an die organisationsinterne Agilität besteht die Notwendigkeit, Diversität in Organisationen stärker zu reflektieren und systemspezifische Ansätze zu entwickeln. Dies erfordert die Berücksichtigung organisationsspezifischer Strukturen und Prozesse sowie die Reflexion des Wandels der Organisationskultur durch die Umsetzung eines Diversity Management Ansatzes, der die gegebene Komplexität aufgreift und bewältigen kann. Darüber hinaus sind die psychologischen Auswirkungen solcher Veränderungen auf die Mitarbeiter*innen zu berücksichtigen, um Reaktanzen zu vermeiden und eine nachhaltige Umsetzung von Diversity Management zu ermöglichen. In Ermangelung entsprechender Ansätze im Rahmen öffentlich finanzierter, komplexer Forschungsorganisationen, ist das Ziel dieser Dissertation die Entwicklung und Erprobung eines Forschungsdesigns, welches die Ansätze des Diversity- und Change Managements mit der Organisationskultur verknüpft, indem es eine systemtheoretische Perspektive einnimmt. Dabei wird das Forschungsdesign auf eine komplexe wissenschaftliche Organisation angewendet. Als Basis dient die in Teil A durchgeführte Betrachtung des aktuellen Forschungsstandes aus einer interdisziplinären Perspektive und die damit einhergehende umfassende Einführung in das Forschungsfeld. Im Zuge dessen wird detailliert auf die begriffliche Definition von Diversität eingegangen, bevor dann die psychologischen Konzepte im Diversitätskontext den Übergang zu einer differenzierten Auseinandersetzung mit dem Konzept des Diversity Managements bilden. Auf dieser Grundlage werden das Forschungsdesign sowie die daraus resultierenden Forschungsphasen abgeleitet. Teil A stellt somit die theoretische Grundlage für die in Teil B präsentierten Fachaufsätze dar. Jeder Fachaufsatz beleuchtet dabei in chronologischer Reihenfolge die unterschiedlichen Forschungsphasen. Fachaufsatz I präsentiert den sechsstufigen Forschungsansatz und beleuchtet die besonderen Rahmenbedingungen des Forschungsobjektes aus einer theoretischen Perspektive. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Organisationsanalyse, welche zugleich Phase I und II des Forschungskonzeptes darstellen, vorgestellt. Aufbauend auf diesen Forschungsergebnissen fokussiert Forschungsaufsatz II die Darlegung der Ergebnisse aus Forschungsphase III, der Befragung der Führungsebene. Die Befragung thematisierte dabei die Wahrnehmung von Diversity und Diversity Management auf Führungsebene, die Verknüpfung von Diversität mit Innovation sowie die Reflexion des eigenen Führungsstils. Als Ergebnis der Befragung konnten sechs Typen identifiziert werden, die das Führungsverständnis im Diversitätskontext widerspiegeln und somit den Ansatzpunkt für eine top-down gerichtete Diversity Management Strategie darstellen. Darauf aufbauend wird in Forschungsphase IV die Mitarbeiter*innenebene beforscht. Im Zentrum der quantitativen Befragung standen die vorherrschenden Einstellungen zum Themenkomplex Diversity und Diversity Management, die Wahrnehmung von Diversität sowie die Untersuchung des Einflusses der Führungsebene auf die Mitarbeiter*innenebene. Forschungsaufsatz III präsentiert erste Ergebnisse dieser Untersuchung. Die Analyse weist auf eine unterschiedliche Gewichtung der verschiedenen Diversitätskategorien hinsichtlich der Verknüpfung mit Innovationen und somit der Reflexion des Kontextes zwischen Diversität und Innovationen hin. Vergleichbar mit den identifizierten Typen auf der Führungsebene, deutet die Analyse auf die Existenz unterschiedlicher Reflexionsgrade auf Mitarbeiter*innenebene hin. Auf Basis dessen wird im Rahmen von Forschungsaufsatz IV eine nähere Untersuchung des Reflexionsgrades auf Mitarbeiter*innenebene präsentiert und der Diversity Management Ansatz mit Elementen des Change Managements kombiniert. Besondere Berücksichtigung findet als Schlussfolgerung einer theoretischen Analyse die Organisationskultur als zentrales Element bei der Entwicklung und Einführung eines Diversity Management Ansatzes in eine komplexe Forschungsorganisation in Deutschland. Die Analyse zeigt, dass die Wahrnehmung von Diversität heterogen aber zunächst losgelöst vom individuellen Hintergrund ist (im Rahmen dieser Analyse lag der Fokus auf den Diversitätskategorien Gender und Herkunft). Hinsichtlich der Wertschätzung von Diversität zeigt sich dabei ebenfalls ein heterogenes Bild. In der Gesamtbetrachtung stimmen lediglich 17% der Mitarbeiter*innen zu, dass Diversitätskategorien wie Gender, Herkunft oder auch Alter einen Mehrwert darstellen können. Zugleich bewertet diese Gruppe die dem Thema beigemessene Wichtigkeit im CoE als ausreichend. Zusammengefasst lassen sich folgende Erkenntnisse im Rahmen dieser Dissertation ableiten und dienen somit als Grundlage für die Entwicklung eines Diversity Management Ansatzes: (1) Die Entwicklung eines bedarfsorientierten Diversity Management Ansatzes erfordert einen systemtheoretischen Prozess, der sowohl organisationsinterne als auch externe Einflussfaktoren berücksichtigt. Der im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelte sechsstufige Forschungsprozess hat sich dabei als geeignetes Instrument erwiesen. (2)Im Rahmen öffentlicher Forschungseinrichtungen lassen sich dabei drei zentrale Faktoren identifizieren: die individuelle Reflexionsebene, die Organisationskultur sowie extern beeinflusste Organisationsstrukturen, Prozesse und Systeme.(3)Vergleichbar mit privatwirtschaftlichen Unternehmen hat auch in wissenschaftlichen Organisationen die Führungsebene einen maßgeblichen Einfluss auf die Wahrnehmung von Diversität und somit einen Einfluss auf die Umsetzung einer Diversity Management Strategie. Daher ist auch im wissenschaftlichen Kontext, bedingt durch die rechtlichen Rahmenbedingungen des Hochschulsystems, ein top-down Ansatz für eine nachhaltige Implementierung erforderlich. (4) Diversity Management steht in einem engen Zusammenhang mit einem organisationalen Wandel, was die Reflexion von Veränderungsprozesse aus einer psychologischen Perspektive erfordert und eine Verknüpfung von Diversity und Change Management bedingt. Aufbauend auf den im Rahmen des entwickelten Forschungskonzeptes gewonnenen zentralen Erkenntnissen wird ein Ansatz entwickelt, der die Ableitung theoretischer Implikationen sowie Implikationen für das Management ermöglicht. Insbesondere vor dem Hintergrund der Reflexion der besonderen Rahmenbedingungen öffentlich finanzierter Forschungsorganisationen werden darüber hinaus politische Implikationen abgeleitet, die auf die Veränderung struktureller Dimensionen abzielen.
A research framework for human aspects in the internet of production: an intra-company perspective
(2020)
Digitalization in the production sector aims at transferring concepts and methods from the Internet of Things (IoT) to the industry and is, as a result, currently reshaping the production area. Besides technological progress, changes in work processes and organization are relevant for a successful implementation of the “Internet of Production” (IoP). Focusing on the labor organization and organizational procedures emphasizes to consider intra-company factors such as (user) acceptance, ethical issues, and ergonomics in the context of IoP approaches. In the scope of this paper, a research approach is presented that considers these aspects from an intra-company perspective by conducting studies on the shop floor, control level and management level of companies in the production area. Focused on four central dimensions—governance, organization, capabilities, and interfaces—this contribution presents a research framework that is focused on a systematic integration and consideration of human aspects in the realization of the IoP.
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?
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).
Textsammlung mit allen für den Datenschutz in Kirchen maßgeblichen Regelwerken: DSGVO, KDG, KDR-OG, DSG-EKD sowie begleitende Verordnungen (KDG-DVO, KDR-OG-DVO und ITSVO-EKD) und Verfahrensgesetze (KDSGO und KiGG.EKD). Die vorliegende Textsammlung enthält die für den Datenschutz der beiden großen Kirchen in Deutschland maßgeblichen Vorschriften: Dies sind, neben der Datenschutz-Grundverordnung, die Normen des kirchlichen Rechts, die neu erlassen bzw. geändert wurden. Weiter sind die verschiedenen Durchführungsverordnungen für die kirchlichen Datenschutzgesetze und die maßgeblichen Normen des kirchlichen Verfahrensrechts abgedruckt. Ergänzt wird das Werk durch Verweise auf maßgebliche Veröffentlichungen der weltlichen und kirchlichen Datenschutzaufsichtsbehörden und weitere Materialien.
The recovery of waste heat requires heat exchangers to extract it from a liquid or gaseous medium into another working medium, a refrigerant. In Organic Rankine Cycles (ORC) on Combustion Engines there are two major heat sources, the exhaust gas and the water/glycol fluid from the engine’s cooling circuit. A heat exchanger design must be adapted to the different requirements and conditions resulting from the heat sources, fluids, system configurations, geometric restrictions, and etcetera. The Stacked Shell Cooler (SSC) is a new and very specific design of a plate heat exchanger, created by AKG, which allows with a maximum degree of freedom the optimization of heat exchange rate and the reduction of the related pressure drop. This optimization in heat exchanger design for ORC systems is even more important, because it reduces the energy consumption of the system and therefore maximizes the increase in overall efficiency of the engine.
Water suppliers are faced with the great challenge of achieving high-quality and, at the same time, low-cost water supply. Since climatic and demographic influences will pose further challenges in the future, the resilience enhancement of water distribution systems (WDS), i.e. the enhancement of their capability to withstand and recover from disturbances, has been in particular focus recently. To assess the resilience of WDS, graph-theoretical metrics have been proposed. In this study, a promising approach is first physically derived analytically and then applied to assess the resilience of the WDS for a district in a major German City. The topology based resilience index computed for every consumer node takes into consideration the resistance of the best supply path as well as alternative supply paths. This resistance of a supply path is derived to be the dimensionless pressure loss in the pipes making up the path. The conducted analysis of a present WDS provides insight into the process of actively influencing the resilience of WDS locally and globally by adding pipes. The study shows that especially pipes added close to the reservoirs and main branching points in the WDS result in a high resilience enhancement of the overall WDS.
Verantwortlichkeit, Data Breach, das Ende von Fax & E-Mail: Aufsichtsbehörden mit streitbaren Thesen
(2020)
EDPB: Europäische Aufsichtsbehörden mit neuen Guidelines zur datenschutzkonformen Einwilligung
(2020)
Nach dem Scheitern des Privacy Shield hofft der Datenschutzberater Alexander Golland, dass die europäischen Behörden bald konkrete Maßnahmen für den Datentransfer in Drittländer vorschlagen. Auch kleine Unternehmen müssten die Herausforderung bewältigen – sonst wäre das Urteil nur Wasser auf die Mühlen jener, die ohnehin über den Datenschutz schimpfen.
The development of resilient technical systems is a challenging task, as the system should adapt automatically to unknown disturbances and component failures. To evaluate different approaches for deriving resilient technical system designs, we developed a modular test rig that is based on a pumping system. On the basis of this example
system, we present metrics to quantify resilience and an algorithmic approach to improve resilience. This approach enables the pumping system to automatically react on unknown disturbances and to reduce the impact of component failures. In this case, the system is able to automatically adapt its topology by activating additional valves. This enables the system to still reach a minimum performance, even in case of failures. Furthermore, timedependent disturbances are evaluated continuously, deviations from the original state are automatically detected and anticipated in the future. This allows to reduce the impact of future disturbances and leads to a more resilient
system behaviour.
The chemical industry is one of the most important industrial sectors in Germany in terms of manufacturing revenue. While thermodynamic boundary conditions often restrict the scope for reducing the energy consumption of core processes, secondary processes such as cooling offer scope for energy optimisation. In this contribution, we therefore model and optimise an existing cooling system. The technical boundary conditions of the model are provided by the operators, the German chemical company BASF SE. In order to systematically evaluate different degrees of freedom in topology and operation, we formulate and solve a Mixed-Integer Nonlinear Program (MINLP), and compare our optimisation results with the existing system.
Successful optimization requires an appropriate model of the system under consideration. When selecting a suitable level of detail, one has to consider solution quality as well as the computational and implementation effort. In this paper, we present a MINLP for a pumping system for the drinking water supply of high-rise buildings. We investigate the influence of the granularity of the underlying physical models on the solution quality. Therefore, we model the system with a varying level of detail regarding the friction losses, and conduct an experimental validation of our model on a modular test rig. Furthermore, we investigate the computational effort and show that it can be reduced by the integration of domain-specific knowledge.
The application of mathematical optimization methods for water supply system design and operation provides the capacity to increase the energy efficiency and to lower the investment costs considerably. We present a system approach for the optimal design and operation of pumping systems in real-world high-rise buildings that is based on the usage of mixed-integer nonlinear and mixed-integer linear modeling approaches. In addition, we consider different booster station topologies, i.e. parallel and series-parallel central booster stations as well as decentral booster stations. To confirm the validity of the underlying optimization models with real-world system behavior, we additionally present validation results based on experiments conducted on a modularly constructed pumping test rig. Within the models we consider layout and control decisions for different load scenarios, leading to a Deterministic Equivalent of a two-stage stochastic optimization program. We use a piecewise linearization as well as a piecewise relaxation of the pumps’ characteristics to derive mixed-integer linear models. Besides the solution with off-the-shelf solvers, we present a problem specific exact solving algorithm to improve the computation time. Focusing on the efficient exploration of the solution space, we divide the problem into smaller subproblems, which partly can be cut off in the solution process. Furthermore, we discuss the performance and applicability of the solution approaches for real buildings and analyze the technical aspects of the solutions from an engineer’s point of view, keeping in mind the economically important trade-off between investment and operation costs.
Water distribution systems are an essential supply infrastructure for cities. Given that climatic and demographic influences will pose further challenges for these infrastructures in the future, the resilience of water supply systems, i.e. their ability to withstand and recover from disruptions, has recently become a subject of research. To assess the resilience of a WDS, different graph-theoretical approaches exist. Next to general metrics characterizing the network topology, also hydraulic and technical restrictions have to be taken into account. In this work, the resilience of an exemplary water distribution network of a major German city is assessed, and a Mixed-Integer Program is presented which allows to assess the impact of capacity adaptations on its resilience.
To maximize the travel distances of battery electric vehicles such as cars or buses for a given amount of stored energy, their powertrains are optimized energetically. One key part within optimization models for electric powertrains is the efficiency map of the electric motor. The underlying function is usually highly nonlinear and nonconvex and leads to major challenges within a global optimization process. To enable faster solution times, one possibility is the usage of piecewise linearization techniques to approximate the nonlinear efficiency map with linear constraints. Therefore, we evaluate the influence of different piecewise linearization modeling techniques on the overall solution process and compare the solution time and accuracy for methods with and without explicitly used binary variables.
In Fortschreibung des Jahresrückblicks 2018 (Olbertz, NWB 5/2019 S. 266 ) skizziert der vorliegende Beitrag die jüngsten nennenswerten Entwicklungen im Arbeitsrecht des Jahres 2019. Im Bereich der Gesetzgebung, mit dem sich der erste Teil des Beitrags befasst, betrifft dies etwa das Fachkräfteeinwanderungsgesetz, die angestoßenen Schutzvorschriften für Whistleblower oder das gesetzlich verankerte Recht auf Brückenteilzeit. In der arbeitsrechtlichen höchstrichterlichen Rechtsprechung stand das Jahr 2019 insbesondere im Zeichen des Befristungs- und des Urlaubsrechts. Was hier und darüber hinaus wegweisend war, zeigt der zweite Teil des Beitrags.
In the study, the process chain of additive manufacturing by means of powder bed fusion will be presented based on the material glass. In order to reliably process components additively, new concepts with different solutions were developed and investigated.
Compared to established metallic materials, the properties of glass materials differ significantly. Therefore, the process control was adapted to the material glass in the investigations. With extensive parameter studies based on various glass powders such as borosilicate glass and quartz glass, scientifically proven results on powder bed fusion of glass are presented. Based on the determination of the particle properties with different methods, extensive investigations are made regarding the melting behavior of glass by means of laser beams. Furthermore, the experimental setup was steadily expanded. In addition to the integration of coaxial temperature measurement and regulation, preheating of the building platform is of major importance. This offers the possibility to perform 3D printing at the transformation temperatures of the glass materials. To improve the component’s properties, the influence of a subsequent heat treatment was also investigated.
The experience gained was incorporated into a new experimental system, which allows a much better exploration of the 3D printing of glass. Currently, studies are being conducted to improve surface texture, building accuracy, and geometrical capabilities using three-dimensional specimen.
The contribution shows the development of research in the field of 3D printing of glass, gives an insight into the machine and process engineering as well as an outlook on the possibilities and applications.
Häufig bremsen geringe IT-Ressourcen, fehlende Softwareschnittstellen oder eine veraltete und komplex gewachsene Systemlandschaft die Automatisierung von Geschäftsprozessen. Robotic Process Automation (RPA) ist eine vielversprechende Methode, um Geschäftsprozesse oberflächenbasiert und ohne größere Systemeingriffe zu automatisieren und Medienbrüche abzubauen. Die Auswahl der passenden Prozesse ist dabei für den Erfolg von RPA-Projekten entscheidend. Der vorliegende Beitrag liefert dafür Selektionskriterien, die aus einer qualitativen Inhaltanalyse von elf Interviews mit RPA-Experten aus dem Versicherungsumfeld resultieren. Das Ergebnis umfasst eine gewichtetet Liste von sieben Dimensionen und 51 Prozesskriterien, welche die Automatisierung mit Softwarerobotern begünstigen bzw. deren Nichterfüllung eine Umsetzung erschweren oder sogar verhindern. Die drei wichtigsten Kriterien zur Auswahl von Geschäftsprozessen für die Automatisierung mittels RPA umfassen die Entlastung der an dem Prozess mitwirkenden Mitarbeiter (Arbeitnehmerüberlastung), die Ausführbarkeit des Prozesses mittels Regeln (Regelbasierte Prozessteuerung) sowie ein positiver Kosten-Nutzen-Vergleich. Praktiker können diese Kriterien verwenden, um eine systematische Auswahl von RPA-relevanten Prozessen vorzunehmen. Aus wissenschaftlicher Perspektive stellen die Ergebnisse eine Grundlage zur Erklärung des Erfolgs und Misserfolgs von RPA-Projekten dar.
Nacre-mimetic nanocomposites based on high fractions of synthetic high-aspect-ratio nanoclays in combination with polymers are continuously pushing boundaries for advanced material properties, such as high barrier against oxygen, extraordinary mechanical behavior, fire shielding, and glass-like transparency. Additionally, they provide interesting model systems to study polymers under nanoconfinement due to the well-defined layered nanocomposite arrangement. Although the general behavior in terms of forming such layered nanocomposite materials using evaporative self-assembly and controlling the nanoclay gallery spacing by the nanoclay/polymer ratio is understood, some combinations of polymer matrices and nanoclay reinforcement do not comply with the established models. Here, we demonstrate a thorough characterization and analysis of such an unusual polymer/nanoclay pair that falls outside of the general behavior. Poly(ethylene oxide) (PEO) and sodium fluorohectorite form nacre-mimetic, lamellar nanocomposites that are completely transparent and show high mechanical stiffness and high gas barrier, but there is only limited expansion of the nanoclay gallery spacing when adding increasing amounts of polymer. This behavior is maintained for molecular weights of PEO varied over four orders of magnitude and can be traced back to depletion forces. By careful investigation via X-ray diffraction and proton low-resolution solid-state NMR, we are able to quantify the amount of mobile and immobilized polymer species in between the nanoclay galleries and around proposed tactoid stacks embedded in a PEO matrix. We further elucidate the unusual confined polymer dynamics, indicating a relevant role of specific surface interactions.
Die autonome, unbemannte Luftfahrt ist einer der Schlüsselsektoren für die Zukunft der Luftfahrt. In diesem rasant wachsenden Bereich nehmen senkrecht startende und senkrecht landende Flugzeuge (Vertical Take-Off and Landing – VTOL) einen besonderen Platz ein. Ein VTOL-Flugzeug (manchmal auch „Transitionsfluggerät“ genannt) verbindet die Eigenschaft des Helikopters, überall starten und landen zu können, mit den Geschwindigkeits-, Reichweiten und Flugdauervorteilen des Starrflüglers. Grundsätzlich wird die Senkrechtstart- und -landefähigkeit sowohl von zivilen als auch von militärischen Betreibern unbemannter Fluggeräte (UAVs) gewünscht. Trotzdem bietet der Markt nur eine geringe Anzahl von VTOL-UAVs, da qualitativ hochwertige Entwürfe eine ausgesprochene Herausforderung in der Entwicklung darstellen. An der FH Aachen wird deshalb seit über 5 Jahren an der Auslegung und Analyse von solchen unbemannten VTOL Flugzeugen geforscht. Das neuste Projekt ist der Eigenentwurf einer großen, senkrechtstartenden Transportdrohne. Das „PhoenAIX“ getaufte Fluggerät wird von Falk Götten und Felix Finger im Rahmen einer EFRE-Förderung entwickelt.
We present an automated pipeline for the generation of synthetic datasets for six-dimension (6D) object pose estimation. Therefore, a completely automated generation process based on predefined settings is developed, which enables the user to create large datasets with a minimum of interaction and which is feasible for applications with a high object variance. The pipeline is based on the Unreal 4 (UE4) game engine and provides a high variation for domain randomization, such as object appearance, ambient lighting, camera-object transformation and distractor density. In addition to the object pose and bounding box, the metadata includes all randomization parameters, which enables further studies on randomization parameter tuning. The developed workflow is adaptable to other 3D objects and UE4 environments. An exemplary dataset is provided including five objects of the Yale-CMU-Berkeley (YCB) object set. The datasets consist of 6 million subsegments using 97 rendering locations in 12 different UE4 environments. Each dataset subsegment includes one RGB image, one depth image and one class segmentation image at pixel-level.
Exercise training effectively mitigates aging-induced health and fitness impairments. Traditional training recommendations for the elderly focus separately on relevant physiological fitness domains, such as balance, flexibility, strength and endurance. Thus, a more holistic and functional training framework is needed. The proposed agility training concept integratively tackles spatial orientation, stop and go, balance and strength. The presented protocol aims at introducing a two-armed, one-year randomized controlled trial, evaluating the effects of this concept on neuromuscular, cardiovascular, cognitive and psychosocial health outcomes in healthy older adults. Eighty-five participants were enrolled in this ongoing trial. Seventy-nine participants completed baseline testing and were block-randomized to the agility training group or the inactive control group. All participants undergo pre- and post-testing with interim assessment after six months. The intervention group currently receives supervised, group-based agility training twice a week over one year, with progressively demanding perceptual, cognitive and physical exercises. Knee extension strength, reactive balance, dual task gait speed and the Agility Challenge for the Elderly (ACE) serve as primary endpoints and neuromuscular, cognitive, cardiovascular, and psychosocial meassures serve as surrogate secondary outcomes. Our protocol promotes a comprehensive exercise training concept for older adults, that might facilitate stakeholders in health and exercise to stimulate relevant health outcomes without relying on excessively time-consuming physical activity recommendations.
Bacterial cellulose (BC) is a promising material for biomedical applications due to its unique properties such as high mechanical strength and biocompatibility. This article describes the microbiological synthesis, modification, and characterization of the obtained BC-nanocomposites originating from symbiotic consortium Medusomyces gisevii. Two BC-modifications have been obtained: BC-Ag and BC-calcium phosphate (BC-Ca3(PO4)2). Structure and physicochemical properties of the BC and its modifications were investigated by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), atomic force microscopy (AFM), and infrared Fourier spectroscopy as well as by measurements of mechanical and water holding/absorbing capacities. Topographic analysis of the surface revealed multicomponent thick fibrils (150–160 nm in diameter and about 15 µm in length) constituted by 50–60 nm nanofibrils weaved into a left-hand helix. Distinctive features of Ca-phosphate-modified BC samples were (a) the presence of 500–700 nm entanglements and (b) inclusions of Ca3(PO4)2 crystals. The samples impregnated with Ag nanoparticles exhibited numerous roundish inclusions, about 110 nm in diameter. The boundaries between the organic and inorganic phases were very distinct in both cases. The Ag-modified samples also showed a prominent waving pattern in the packing of nanofibrils. The obtained BC gel films possessed water-holding capacity of about 62.35 g/g. However, the dried (to a constant mass) BC-films later exhibited a low water absorption capacity (3.82 g/g). It was found that decellularized BC samples had 2.4 times larger Young’s modulus and 2.2 times greater tensile strength as compared to dehydrated native BC films. We presume that this was caused by molecular compaction of the BC structure.
This chapter shows that nanomaterials obtained by high-temperature carbonization of inexpensive plant raw material such as rice husk, grape seeds, and walnut shells can serve as a basis for the production of highly efficient microbial drugs, biodestructors, biosorbents, and biocatalysts, which are promising for the remediation of the ecosystem contaminated with heavy and radioactive metals, oil and oil products. A strong interest in engineering zymology is dictated by the necessity to address the issues of monitoring enzymatic processes, treatment, and diagnosis of a number of common human diseases, environmental pollution, quality control of pharmaceuticals and food. Nanomaterials obtained by high-temperature carbonization of cheap plant raw material such as-rice husks, grape seeds and walnut shells, can serve as a basis for creating of highly effective microbial preparations-biodestructors, biosorbents and biocatalysts, which are promising for the use of contaminated ecosystems, and for restoration of human intestine microecology.
Activated carbons are known as excellent adsorbents. Their applications include the adsorptive removal of color, odor, taste, undesirable organic and inorganic pollutants from drinking and waste water; air purification in inhabited spaces; purification of many chemicals, pharmaceutical products and many others. This chapter elucidates the role of normal microflora in the maintenance of human health and presents materials on possible clinical displays of microecological infringements and ways of their correction. It presents new developments concerning new probiotics with immobilized Lactobacillus and Bacillus. The chapter considers the mechanisms of the intestine disbacteriosis correction by sorbed probiotics. It demonstrates the advantages and creation prospects of immobilized probiotics developed on the basis of carbonized rice husk. There are great prospects for the development of medical biotechnology due to use of carbon sorbents with a nanostructured surface. Microbial communities form a biocenosis of the biotope and together with the host organism create permanent or temporary ecosystems.
The treatment of septic wounds with curative dressings based on biocomposites containing sage and marigold phytoextracts was effective in in vitro and in vivo experiments. These dressings caused the purification of the wound surface from purulent-necrotic masses three days earlier than in the other experimental groups. The consequence of an increase in incidents of severe course of the wound and the observed tendency to increase the number of adverse effects is the development of long-term recurrent wound processes. To treat purulent wounds, the following tactics were used: The purulent wounds of animals were covered with the examined wound dressing, and then the next day samples were taken, the procedure was performed once in 2 days. To obtain the active nanostructured sorbents such as carbonized rice husks, they are functionalized with biologically active components possessing antimicrobial, anti-inflammatory, antitoxic, immunomodulating, antiallergic and other types of properties.
Biocomposite Materials Based on Carbonized Rice Husk in Biomedicine and Environmental Applications
(2020)
This chapter describes the prospects for biomedical and environmental engineering applications of heterogeneous materials based on nanostructured carbonized rice husk. Efforts in engineering enzymology are focused on the following directions: development and optimization of immobilization methods leading to novel biotechnological and biomedical applications; construction of biocomposite materials based on individual enzymes, multi-enzyme complexes and whole cells, targeted on realization of specific industrial processes. Molecular biological and biochemical studies on cell adhesion focus predominantly on identification, isolation and structural analysis of attachment-responsible biological molecules and their genetic determinants. The chapter provides a short overview of applications of the biocomposite materials based of nanostructured carbonized adsorbents. It emphasizes that further studies and better understanding of the interactions between CNS and microbial cells are necessary. The future use of living cells as biocatalysts, especially in the environmental field, needs more systematic investigations of the microbial adsorption phenomenon.
Game-based learning is a promising approach to anti-phishing education, as it fosters motivation and can help reduce the perceived difficulty of the educational material. Over the years, several prototypes for game-based applications have been proposed, that follow different approaches in content selection, presentation, and game mechanics. In this paper, a literature and product review of existing learning games is presented. Based on research papers and accessible applications, an in-depth analysis was conducted, encompassing target groups, educational contexts, learning goals based on Bloom’s Revised Taxonomy, and learning content. As a result of this review, we created the publications on games (POG) data set for the domain of anti-phishing education. While there are games that can convey factual and conceptual knowledge, we find that most games are either unavailable, fail to convey procedural knowledge or lack technical depth. Thus, we identify potential areas of improvement for games suitable for end-users in informal learning contexts.
Modeling and upscaling of a pilot bayonettube reactor for indirect solar mixed methane reforming
(2020)
Stahlbetonrahmentragwerke mit Ausfachungen aus Mauerwerk weisen nach Erdbeben häufig schwere Schäden auf. Gründe hierfür sind die Beanspruchungen der Ausfachungswände durch die aufgezwungenen Rahmenverformungen in Wandebene und die gleichzeitig auftretenden Trägheitskräfte senkrecht zur Wandebene in Kombination mit der konstruktiven Ausführung des Ausfachungsmauerwerks. Die Ausfachung wird in der Regel knirsch gegen die Rahmenstützen gemauert, wobei der Verschluss der oberen Fuge mit Mörtel oder Montageschaum erfolgt. Dadurch kommt es im Erdbebenfall zu lokalen Interaktionen zwischen Ausfachung und Rahmen, die in der Folge zu einem Versagen einzelner Ausfachungswände oder zu einem sukzessiven Versagen des Gesamtgebäudes führen können. Die beobachteten Schäden waren die Motivation dafür, in dem europäischen Forschungsprojekt INSYSME für Stahlbetonrahmentragwerke mit Ausfachungen aus hochwärmedämmenden Ziegelmauerwerk innovative Lösungen zur Verbesserung des seismischen Verhaltens zu entwickeln. Der vorliegende Beitrag stellt die im Rahmen des Projekts von den deutschen Projektpartnern (Universität Kassel, SDA-engineering GmbH) entwickelten Lösungen vor und vergleicht deren seismisches Verhalten mit der traditionellen Ausführung der Ausfachungswände. Grundlage für den Vergleich sind statisch-zyklische Wandversuche und Simulationen auf Wandebene. Aus den Ergebnissen werden Empfehlungen für die erdbebensichere Auslegung von Stahlbetonrahmentragwerken mit Ausfachungen aus Ziegelmauerwerk abgeleitet.
Mit finanzieller Unterstützung der Deutschen Gesellschaft für Mauerwerks- und Wohnungsbau e.V. (DGfM) und des Deutschen Instituts für Bautechnik in Berlin (DIBt) wurden zwei aufeinander aufbauende Forschungsvorhaben zur Verbesserung der seismischen Nachweise von Mauerwerksbauten in deutschen Erdbebengebieten durchgeführt. Zunächst wurde das seismische Verhalten von drei modernen unbewehrten Mauerwerksgebäuden in der Region Emilia Romagna in Italien während der Erdbebenserie im Jahr 2012 in Kooperation mit der Universität Pavia eingehend untersucht. Aufbauend auf den Erkenntnissen dieser Untersuchungen wurde ein verbessertes seismisches Bemessungskonzept für unbewehrte Mauerwerksbauten erarbeitet. Der Beitrag stellt die wesentlichen Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten und deren Eingang in die Normung vor.
Erdbebennachweis von Mauerwerksbauten mit realistischen Modellen und erhöhten Verhaltensbeiwerten
(2020)
Die Anwendung des linearen Nachweiskonzepts auf Mauerwerksbauten führt dazu, dass bereits heute Standsicherheitsnachweise für Gebäude mit üblichen Grundrissen in Gebieten mit moderaten Erdbebeneinwirkungen nicht mehr geführt werden können. Diese Problematik wird sich in Deutschland mit der Einführung kontinuierlicher probabilistischer Erdbebenkarten weiter verschärfen. Aufgrund der Erhöhung der seismischen Einwirkungen, die sich vielerorts ergibt, ist es erforderlich, die vorhandenen, bislang nicht berücksichtigten Tragfähigkeitsreserven in nachvollziehbaren Nachweiskonzepten in der Baupraxis verfügbar zu machen. Der vorliegende Beitrag stellt ein Konzept für die gebäudespezifische Ermittlung von erhöhten Verhaltensbeiwerten vor. Die Verhaltensbeiwerte setzen sich aus drei Anteilen zusammen, mit denen die Lastumverteilung im Grundriss, die Verformungsfähigkeit und Energiedissipation sowie die Überfestigkeiten berücksichtigt werden. Für die rechnerische Ermittlung dieser drei Anteile wird ein nichtlineares Nachweiskonzept auf Grundlage von Pushover-Analysen vorgeschlagen, in denen die Interaktionen von Wänden und Geschossdecken durch einen Einspanngrad beschrieben werden. Für die Bestimmung der Einspanngrade wird ein nichtlinearer Modellierungsansatz eingeführt, mit dem die Interaktion von Wänden und Decken abgebildet werden kann. Die Anwendung des Konzepts mit erhöhten gebäudespezifischen Verhaltensbeiwerten wird am Beispiel eines Mehrfamilienhauses aus Kalksandsteinen demonstriert. Die Ergebnisse der linearen Nachweise mit erhöhten Verhaltensbeiwerten für dieses Gebäude liegen deutlich näher an den Ergebnissen nichtlinearer Nachweise und somit bleiben übliche Grundrisse in Erdbebengebieten mit den traditionellen linearen Rechenansätzen nachweisbar.
Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is a novel human infectious disease provoked by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Currently, no specific vaccines or drugs against COVID-19 are available. Therefore, early diagnosis and treatment are essential in order to slow the virus spread and to contain the disease outbreak. Hence, new diagnostic tests and devices for virus detection in clinical samples that are faster, more accurate and reliable, easier and cost-efficient than existing ones are needed. Due to the small sizes, fast response time, label-free operation without the need for expensive and time-consuming labeling steps, the possibility of real-time and multiplexed measurements, robustness and portability (point-of-care and on-site testing), biosensors based on semiconductor field-effect devices (FEDs) are one of the most attractive platforms for an electrical detection of charged biomolecules and bioparticles by their intrinsic charge. In this review, recent advances and key developments in the field of label-free detection of viruses (including plant viruses) with various types of FEDs are presented. In recent years, however, certain plant viruses have also attracted additional interest for biosensor layouts: Their repetitive protein subunits arranged at nanometric spacing can be employed for coupling functional molecules. If used as adapters on sensor chip surfaces, they allow an efficient immobilization of analyte-specific recognition and detector elements such as antibodies and enzymes at highest surface densities. The display on plant viral bionanoparticles may also lead to long-time stabilization of sensor molecules upon repeated uses and has the potential to increase sensor performance substantially, compared to conventional layouts. This has been demonstrated in different proof-of-concept biosensor devices. Therefore, richly available plant viral particles, non-pathogenic for animals or humans, might gain novel importance if applied in receptor layers of FEDs. These perspectives are explained and discussed with regard to future detection strategies for COVID-19 and related viral diseases.
The paper presents an aerodynamic investigation of 70 different streamlined bodies with fineness ratios ranging from 2 to 10. The bodies are chosen to idealize both unmanned and small manned aircraft fuselages and feature cross-sectional shapes that vary from circular to quadratic. The study focuses on friction and pressure drag in dependency of the individual body’s fineness ratio and cross section. The drag forces are normalized with the respective body’s wetted area to comply with an empirical drag estimation procedure. Although the friction drag coefficient then stays rather constant for all bodies, their pressure drag coefficients decrease with an increase in fineness ratio. Referring the pressure drag coefficient to the bodies’ cross-sectional areas shows a distinct pressure drag minimum at a fineness ratio of about three. The pressure drag of bodies with a quadratic cross section is generally higher than for bodies of revolution. The results are used to derive an improved form factor that can be employed in a classic empirical drag estimation method. The improved formulation takes both the fineness ratio and cross-sectional shape into account. It shows superior accuracy in estimating streamlined body drag when compared with experimental data and other form factor formulations of the literature.
Stahlbau 2
(2020)
Additive manufacturing (AM) works by creating objects layer by layer in a manner similar to a 2D printer with the “printed” layers stacked on top of each other. The layer-wise manufacturing nature of AM enables fabrication of freeform geometries which cannot be fabricated using conventional manufacturing methods as a one part. Depending on how each layer is created and bonded to the adjacent layers, different AM methods have been developed. In this chapter, the basic terms, common materials, and different methods of AM are described, and their potential applications are discussed.
The implementation of IO-Link in the automation industry has increased over the years. Its main advantage is it offers a digital point-to-point plugand-play interface for any type of device or application. This simplifies the communication between devices and increases productivity with its different features like self-parametrization and maintenance. However, its complete potential is not always used.
The aim of this paper is to create an Arduino based framework for the development of generic IO-Link devices and increase its implementation for rapid prototyping. By generating the IO device description file (IODD) from a graphical user interface, and further customizable options for the device application, the end-user can intuitively develop generic IO-Link devices. The peculiarity of this framework relies on its simplicity and abstraction which allows to implement any sensor functionality and virtually connect any type of device to an IO-Link master. This work consists of the general overview of the framework, the technical background of its development and a proof of concept which demonstrates the workflow for its implementation.