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Einsatz der Mehrkörper-Simulation zur Entwicklung eines Antriebmoduls für mobile Roboter
No full textIm Beitrag wird die Nutzung des Mehrkörper-Simulationsprogrammes alaska zur Entwicklung eines Fahrmoduls für mobile Roboter vorgestellt. Das Ziel bei der Entwicklung des Moduls war, mobile Roboter mit höheren Fahrgeschwindigkeiten zu realisieren als vergleichbare Systeme mit omnidirektionalen Rädern. Die Nutzung von Simulationsrechnungen stellte vom ersten Entwurf einen elementaren Bestandteil der Gesamtentwicklung dar. So flossen immer wieder Erkenntnisse aus den Simulationen in die Weiterentwicklung ein.
Die Mehrkörpersysteme (MKS) wurden im Programm alaska aufgebaut. Am Beginn des Entwicklungsprozesses bestanden die Simulationsmodelle aus wenigen Elementen, um das grundsätzliche Bewegungsverhalten zu analysieren. Darauf aufbauend wurden komplexere Simulationsmodelle genutzt, die sich zur Bestimmung des Einflusses von Parametern auf das Bewegungsverhalten eignen.This article presents the use of a multi-body simulation program to develop a driving module for mobile robots. The aim in developing the module was to realize mobile robots with higher driving speeds than comparable systems with omnidirectional wheels. The use of simulation calculations was an elementary component of the overall development from the very first draft. As a result, findings from the simulations were repeatedly incorporated into further development.
The multi-body systems (MBS) were set up in the simulation program alaska. At the beginning of the development process, the simulation models consisted of a few elements in order to analyze the basic movement behavior. Building on this, more complex simulation models were used, which are suitable for determining the influence of parameters on the movement behavior
Design Service-Dominanter Geschäftsmodelle in der Frühphase von Startups
No full textDie Dissertation von Lars Mackel befasst sich mit der Gestaltung Service-Dominanter Geschäftsmodelle in der Frühphase von Startups. Untersucht wird, welche Veränderungen Startup-Unternehmer an ihren Geschäftsmodellen vornehmen und welche Faktoren diese beeinflussen. Als Bezugsrahmen dient die Service-Dominant Logic (SD-Logic) von Vargo & Lusch, die den Fokus auf Service als generische Form des Austauschs und den Cocreation-Prozess der Akteure legt.
Nach einer Einführung in die Grundlagen des Entrepreneurship und der verschiedenen Definitionen und Elemente von Geschäftsmodellen, wird die SD-Logic erläutert. Es wird gezeigt, wie Geschäftsmodelle als Basis für die Beziehungen zwischen Akteuren dienen, die gemeinsam Wert schaffen. Die Dissertation verwendet einen qualitativen Forschungsansatz, um die Anpassungen von Geschäftsmodellen in der Frühphase und insbesondere in der Erprobungsphase eines Startups zu untersuchen.
Die empirischen Ergebnisse zeigen, dass die Cocreation-Prozesse mit den ersten Kunden nicht nur entscheidend für die Weiterentwicklung der Geschäftsmodelle sind, sondern darüber hinaus die Ausrichtung des Designs der jeweiligen Geschäftsmodelle an der SD-Logic dazu beiträgt, dass die betrachteten Startups besser gerüstet sind, die Erprobungsphase und das sogenannte ‚Valley of Death‘ zu überstehen. Die Arbeit schließt mit Empfehlungen für die Praxis und einem Ausblick auf zukünftige Forschungsfelder.:1 Einleitung
2 Grundlagen im Kontext Entrepreneurship
3 Entwicklung von Geschäftsmodellen
4 Geschäftsmodelle im Kontext der Service-Dominant Logic
5 Entwicklung des Untersuchungsrahmens und methodisches Vorgehen
6 Ergebnisse der empirischen Untersuchung
7 Schlussbetrachtunge
Lasermikrostrukturierung von hochlegiertem Stahl – Grundlagenuntersuchungen zum Einsatz hochfrequenter Pulsfolgen ultrakurzer Laserpulse
No full textDie vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einsatz hochfrequenter Pulsfolgen ultrakurzer Laserpulse zur Lasermikrobearbeitung von hochlegierten Stählen. Dabei wird der Einfluss verschiedener Laserparameter auf die Abtragseffizienz, die erzeugten Oberflächenstrukturen sowie auf physikalische Prozesse während der Lasermikrobearbeitung untersucht. Zu diesem Zweck wurde X90CrV18-Stahl mit ultrakurzen Laserpulsen und extrem hohen Pulswiederholfrequenzen innerhalb einer Pulsfolge von bis zu 2,5 GHz bestrahlt. Die Abtragsvolumina und Strukturdurchmesser pro Laserpuls, die emittierte Sekundärstrahlung innerhalb einer Pulsfolge sowie die resultierende Topographie nach der Bestrahlung wurden empirisch untersucht. Um ein grundlegendes Verständnis der bei der Bestrahlung in der Wechselwirkungszone wirkenden physikalischen Mechanismen zu erlangen, wurden Simulationen der Wechselwirkung von einzelnen ultrakurzen Laserpulsen sowie von Pulsfolgen ultrakurzer Laserpulse mit hochlegiertem Stahl durchgeführt. Erkenntnisse über funktionale Zusammenhänge zwischen den Laserparametern ultrakurzer Laserpulse und der resultierenden Abtragstiefe sowie der Schmelzfilmbildung wurden aus Ergebnissen umfangreicher Simulationen abgeleitet. Darüber hinaus erlauben die Ergebnisse des pro Laserpuls abgetragenen Volumens Rückschlüsse auf Abschirmprozesse innerhalb einer Pulsfolge durch eine vorhandene Ablationswolke bzw. durch ein Plasma. Eine iterative Abschirmung der Laserstrahlung nachfolgender Laserpulse durch die Wechselwirkung mit einer vorhandenen Ablationswolke tritt vor allem bei der Verwendung von Pulsfolgen mit Pulswiederholfrequenzen im MHz-Bereich auf. Ausgehend vom Ablationsvolumen pro Laserpuls bei Pulswiederholfrequenzen im GHz-Bereich wird die Laserstrahlung nachfolgender Laserpulse einer Pulsfolge nahezu vollständig vom Plasma abgeschirmt. Basierend auf den neuen Erkenntnissen dieser Arbeit wurden optimale Prozessparameter für die Erzeugung von 3D-Mikrostrukturen ermittelt, um eine möglichst hohe Effizienz bzw. Produktivität bei gleichzeitig geringer Oberflächenrauheit zu erreichen
Gestaltung von Umform- und Fügeprozessen für Hybridlaminate mit sensorischen Schichten und die daraus resultierenden funktionalen Eigenschaften
Get PDFDurch Funktionsintegration lassen sich im Automobilbau nicht nur die Anzahl der Bauteile, sondern auch Kosten und Gewicht reduzieren. Diese Methode wurde insbesondere für die Werkstoffe Blech und Kunststoff erforscht. Der Stand der Technik erlaubt es jedoch nicht, beide Werkstoffe mit ihren spezifischen Eigenschaften optimal zu kombinieren, um Bauteile mit integrierten Funktionen in großer Stückzahl herzustellen. In dieser Arbeit wurde ein sensorischer Werkstoffverbund behandelt, bestehend aus einer thermoplastischen Folie mit piezokeramischen Partikeln, einem Aluminiumblech und Kupferelektroden. Der Fokus lag auf den Prozessschritten des Fügens der thermoplastischen sensorischen Folie mit einem Aluminiumblech sowie der schädigungsfreien Weiterverarbeitung des sensorischen hybriden Laminats mittels Blechumformprozessen. Dabei wurde ein robuster kontinuierlicher Fügeprozess zwischen thermoplastischer Folie und Aluminiumblech realisiert und die mechanischen und technologischen Eigenschaften des sensorischen Hybridlaminats umfassend charakterisiert. Das sensorische Laminat wurde anschließend in einen Blechumformprozess überführt, um einen Funktionsdemonstrator herzustellen. Zusätzlich wurde ein Finite-Elemente-Modell zur Beschreibung des Umformverhaltens mit Fokus auf die Metall-Kunststoff-Grenzfläche entwickelt. Diese Methoden ermöglichten die Analyse und Optimierung des Prozesses. Abschließend wurde die Funktion des sensorischen Hybridlaminats als haptisches Eingabesystem und zur Zustandsüberwachung im Automobilbau demonstriert.:1 Einleitung
2 Stand der Technik
3 Motivation und Zielstellung
4 Konzipierung der Versuchsanlagen und Versuchsplanung
5 Prozesskette zur Herstellung ebener sensorischer hybrider Laminate
6 Ermittlung relevanter Kennwerte
7 Umformen von sensorischen Verbunden
8 Umformsimulation sensorischer hybrider Verbunde
9 Bestimmung der sensorischen Eigenschaften der umgeformten Verbunde
10 Zusammenfassung und Ausblic
Gestaltung von Umform- und Fügeprozessen für Hybridlaminate mit sensorischen Schichten und die daraus resultierenden funktionalen Eigenschaften
Get PDFDurch Funktionsintegration lassen sich im Automobilbau nicht nur die Anzahl der Bauteile, sondern auch Kosten und Gewicht reduzieren. Diese Methode wurde insbesondere für die Werkstoffe Blech und Kunststoff erforscht. Der Stand der Technik erlaubt es jedoch nicht, beide Werkstoffe mit ihren spezifischen Eigenschaften optimal zu kombinieren, um Bauteile mit integrierten Funktionen in großer Stückzahl herzustellen. In dieser Arbeit wurde ein sensorischer Werkstoffverbund behandelt, bestehend aus einer thermoplastischen Folie mit piezokeramischen Partikeln, einem Aluminiumblech und Kupferelektroden. Der Fokus lag auf den Prozessschritten des Fügens der thermoplastischen sensorischen Folie mit einem Aluminiumblech sowie der schädigungsfreien Weiterverarbeitung des sensorischen hybriden Laminats mittels Blechumformprozessen. Dabei wurde ein robuster kontinuierlicher Fügeprozess zwischen thermoplastischer Folie und Aluminiumblech realisiert und die mechanischen und technologischen Eigenschaften des sensorischen Hybridlaminats umfassend charakterisiert. Das sensorische Laminat wurde anschließend in einen Blechumformprozess überführt, um einen Funktionsdemonstrator herzustellen. Zusätzlich wurde ein Finite-Elemente-Modell zur Beschreibung des Umformverhaltens mit Fokus auf die Metall-Kunststoff-Grenzfläche entwickelt. Diese Methoden ermöglichten die Analyse und Optimierung des Prozesses. Abschließend wurde die Funktion des sensorischen Hybridlaminats als haptisches Eingabesystem und zur Zustandsüberwachung im Automobilbau demonstriert
The 4th Advanced Manufacturing Student Conference (AMSC24) Chemnitz, Germany 27–28 June 2024
No full textThe 4th Advanced Manufacturing Student Conference (AMSC24) presents a collection of review papers written exclusively by students to promote the learning and application of research methods in advanced manufacturing. Organised by Chemnitz University of Technology and the Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology, the conference covers topics such as supply chain resilience 4.0, IoT and cybersecurity in smart manufacturing, sustainable additive manufacturing and immersive technologies. While the 72 individual papers cover important aspects, they are not exhaustive, as the focus was on giving students experience in writing a review article in a limited setting. Each submission underwent a two-stage review process to ensure academic rigour. However, given the rapid advances in the field of artificial intelligence, including tools such as ChatGPT, it cannot be guaranteed that all published reviews will be free of AI-generated content. In conclusion, AMSC24 not only highlights current trends and challenges in advanced manufacturing, but also plays a crucial role in developing the research skills of emerging early-stage researchers.:# Supply Chain Resilience 4.0
• Integration of Artificial Intelligence and Machine Learning in Supply Chain Management
• Digital Transformation in Supply Chains: The Role of Industry 4.0 in Enhancing Resilience
• Importance of Sustainable and Resilient Supply Chains
• Advancing Sustainability in Supply Chain Management through Block Chain Integration
• IoT-Powered Supply Chain and Logistics Improvement: Governing Industry 4.0's Challenges and Opportunities
# IoT & Cybersecurity: Smart Manufacturing
• IoT Integration in Industry 4.0: Enhancing Manufacturing Efficiency through Predictive Maintenance
• AI-Assisted Customized Manufacturing in Smart Factory
• Integrating Artificial Intelligence with Lean Management for Industry 4.0: - A Comprehensive Review
• Cybersecurity Challenges and Solutions in SmartManufacturing
• Predictive Maintenance Strategies for Small and Medium-Sized Enterprises (SMEs) in the Context of Industry 4.0 Technologies
• Smart Manufacturing - Challenges, Opportunities and Future Prospects
• Securing the Digital Factory: A Review of Cybersecurity Challenges, Threats, and Countermeasures in Smart Manufacturing
• Evolution of Vehicle-to-Everything with the onset of 6G: Technologies, Challenges, and Opportunities
• Enhancing Manufacturing 4.0 Efficiency through IoT and Robotics: A Systematic Literature Review
# Sustainable Additive Manufacturing
• Optimizing Hot Wire Laser Metal Deposition of Inconel 625: A Comprehensive Review
• Advancing Sustainability in Manufacturing: The Role of Additive Manufacturing Technologies
• A Review of Generative Design and Topology Optimization for Sustainability in Additive Manufacturing
• Enhancing Environmental Efficiency: Investigating Sustainable Product Design in Additive Manufacturing
• Improving Tensile Properties of Poly-Lactic Acid using Natural Fibre Reinforcement in Fused Deposition Modelling
• Sustainable 3D Printing: Carbon Fibre Composites for Advanced Lightweight Structures
• Impacts of Sustainability in Additive Manufacturing
# Circular Economy & Collaboration
• Smart Manufacturing and Circular Economy: Enabling Sustainable Manufacturing Systems for Electric Vehicle Batteries
• Overview of Low-Cost Prosthetic Feet using Non-Conventional Materials and Modern Manufacturing Processes for Lower Limb Amputees
• Impact of Circular Economy on Supply Chain Sustainability
• Circular Economy: Transforming Industries for Environmental Sustainability
• Implementing Circular Economy in Textile and Apparel Industry
• Human-Robot Teaming and its Barriers in Manufacturing
• Enhancing Safe Human-Robot Collaboration through Robot Skin: Challenges and Potential
• Advancement and Implication of Human–Robot Collaboration in Advanced Manufacturing: A Comprehensive Review
# Robotics & Digital Twins in Manufacturing
• A Review: Seam Tracking Operation for Robotic Gas Metal Arc Welding
• Advancements in Predictive Maintenance: Comprehensive Review of AI Applications in Industry
• Use of Machine Learning for Defect Detection on Additively Manufactured Materials
• Sink Marks in Plastic Injection Molding process: Detection and Reduction with Machine Learning and Artificial Intelligence
• Autonomous Robots for Intralogistics in Warehouse Management
• Strategic Adoption of Industry 4.0: A Guide for SMEs in Developing Nations
• Predictive Maintenance in Supply Chains: Leveraging Digital Twins in Industry 4.0
• Advances in Multiscale Numerical Modeling and Experimental Analysis of Additive Manufacturing Processes with Carbon Fiber Reinforced Polymers
• Digital Twins and Artificial Intelligence for Predictive Maintenance in Aerospace
# Sustainable 3D Printing
• 3D Printed Continuous Fiber Reinforced Composite
• Sustainability in Additive Manufacturing: From Design to Lifecycle Management
• A Review on Optimizing AlSi10Mg Alloy Properties and Structures via Selective Laser Melting for Sustainable Production
• Robotic Additive Manufacturing: Enhancing and Innovating Carbon Fiber Production
• Implementation of Additive Manufacturing Techniques in the Fabrication of Jet Engines Parts
• Review on Fused Deposition Modeling of PEEK for Medical Applications and its Process Optimization
• Embracing Sustainability through Industry 4.0: Additive Manufacturing's Role in Reducing Carbon Footprints
• Additive Manufacturing using Polyetheretherketone for Biomedical Applications
• Low Cost Fabrication Technique of Stainless Steel 316L using Fused Filament Fabrication
# Circularity & Energy Efficiency
• Direct Metal Laser Sintering vs. Conventional Manufacturing for Sustainable Production: Comparative Analysis
• Review of Circular Economy Practices for Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles Life Cycle
• Economic Approach to Power Generation by Optimization of Microgrid CHP Systems
• Catalytic Pyrolysis of Plastic Waste: Recent Advances, Emerging Technologies, and Prospects for Circular Economy
• Fabrication of Compact Heat Exchangers using Additive Manufacturing
• Optimizing Energy Consumption through Human-Machine Collaboration in Advanced Manufacturing
• Energy Efficiency of Laser Manufacturing Technologies
# Immersive Tech in Manufacturing
• Virtual Reality Applications: Transforming Industrial Productivity
• Augmented Reality Applications in Product Assembly Process
• Implementation of Immersive Technologies in the Design and Development Phase of Manufacturing System: An Effective Approach towards Industry 4.0
• Advancements in Engineering Textile Materials for Hernia Repair
• Immersive Innovations: Their Role in Modern Manufacturing
• Role of Augmented Reality, Digital Twin, Extended Reality & Data Transmission in Manufacturing Advancements
• Transforming Quality Assurance in Manufacturing through Augmented Reality Solutions
# Sustainable Manufacturing Solutions
• A Review on Fused Deposition Modeling of Polypropylene - Sustainability, Process Optimization
• Optimization of Process Parameters of Selective Laser Melting of Invar 36 Alloy: A Review
• Environmental Impact of Additive Manufacturing Processes – A Review
• Optimization of Gear through Additive Manufacturing
• Implementation of Circular Economy: Opportunities and Challenges
# Digital Twins & Robotics Synergy
• A Review of Digital Twin Applications in Industrial Safety
• Digital Twins in Automotive Manufacturing Production Lines – A Review
• Digital Twin Technologies in Industry 4.0: Review of Use Cases and Security Measures
• Degradation Predictions of Proton Exchange Membrane Fuel Cells in Automotive Industries
• Opportunities, Challenges and Applications of Swarm Robotic Systems in a Manufacturing Environment: A Protocol for a Systematic Review
• Optimizing Process Parameters and Defect Prediction for Metallic Additive Manufacturing Processes using Machine Learning Methods: A Revie
Development of a hydrodynamic bearing test bench for combined radial and axial loads
No full textThe present work focuses on the test method for the investigation of combined journal-thrust bearings. In simple applications, radial or thrust bearings are separated physically and can be considered as stand-alone machine elements. These can each be dimensioned by established calculation models. In compact designs, combined bearings must be used due to space savings. In this case, the bearing parts are present as a unit in which the axial part is supplied with lubricant from the radial part. If the bearing parts are treated separately, the oil outlet temperature of the radial part can serve as the input variable for the axial part. In this case, both the coupled thermal conduction between the running surfaces through the material and the pressure interaction between the two bearing parts are neglected. The thermal coupling of the bearing parts leads to an overall higher thermal load. The pressure interaction affects the respective volume flow, which also has a significant influence on the respective bearing temperatures.
The development and validation of a simulation program required accompanying extensive measurements on the real bearing. For this purpose, the development of a suitable test bench for applying a combined radial and axial load is to be presented in this paper. In addition, the measurement procedures will be discussed, such as the determination of pressure and temperature in the bearing surfaces and the transition areas between journal and thrust bearing parts. Finally, the temperature distribution between a pure radial load on a journal bearing and a combined load on the identical journal-thrust bearing will be compared using the example of an operating point
Safety/Security Co-design for Automotive CAN Buses
No full textThe automotive industry heavily relies on the controller area network (CAN) due to its low cost and robustness. However, as vehicle connectivity grows, CAN buses become more vulnerable to cyberattacks such as spoofing, sniffing, replay, and denial of service (DoS), compromising both safety and (cyber-)security. Most existing attempts to secure CAN buses necessitate modifications to the hardware or protocol, which increase costs and complicate implementation, or they employ security schemes that negatively impact timing behavior and safety for both passengers and other road participants. To address this problem, we first propose a safety/security co-design approach based on combining a technique we call periodic authenticated encryption. On the other hand, DoS attacks on CAN buses can typically only be mitigated rather than completely rejected, due to CAN's inherent characteristics. We hence propose a priority-raise approach to this aim. Further, securing CAN buses requires sending additional frames, which frames undergo individual arbitration processes, further increasing delay. To alleviate this situation, we propose an ID mirroring technique. Finally, to accommodate to varying timing requirements in safety-critical applications, we propose a dynamic encryption switching approach. To evaluate the efficacy of these techniques, we conducted experiments on real hardware and carried out extensive simulations using MATLAB/Simulink and OMNeT++. Additionally, we presented various case studies involving electronic stability control (ESC), emergency braking, adaptive cruise control (ACC), and cooperative driving. Our findings demonstrate that the proposed techniques effectively reduce transmission delays while mitigating or preventing all major cyberattacks on the CAN bus. Furthermore, these techniques enable us to meet typical automotive deadlines on CAN buses, fulfilling both safety and security requirements within automotive systems.:Introduction
Fundamentals
Related work
Case studies
Rejecting sniffing, spoofing and replay attacks on CAN buses
Mitigating DoS attacks on CAN buses
Improving timing on secured CAN buses
Evaluation
Concluding remarks
Bibliography
Appendi
Self-Endangering in Nursing: A Harmful Coping Strategy Promoting Nurses’ Burnout
No full textThe ongoing demographic changes in Germany pose increasing challenges for the healthcare system. As society ages, the number of people in need of care rises rapidly, and in the wake of multimorbid illnesses, the quality of care required is constantly changing. But fewer and fewer skilled nursing staff are available in the labor market to cope with this growing need for care. The continuing shortage of skilled workers means that the increasing demands on nursing staff have to be met by fewer and fewer staff. As a result, the workload is increasing enormously, and the health of nursing staff is suffering, causing additional absences due to staff illness and further exacerbating the staff shortage. The incapacity numbers in nursing professions are now at a record high, raising concerns regarding the security of patients. Many nurses now experience mental health problems such as burnout.
Previous models to explain the development of burnout in the work context point to the great importance of demands and resources; however, they are too unspecific to make predictions for the nursing context. This thesis therefore, develops a specific model to explain the development of burnout in health care professions (e.g., nursing), with a particular focus on the role of intraindividual resources. For this purpose, a multimethod approach was used in the context of three studies. In the first study, qualitative interviews were conducted in long-term care settings: group interviews in workshops with employees and individual interviews with leaders. Based on these findings, longitudinal surveys in long-term care and hospitals were conducted in the second and third studies to test the hypotheses derived in Study 1.
Chapter 4 uses two qualitative interview studies to describe the perspectives of employees and leaders in long-term care regarding perceived challenges in the work context and potential opportunities for change. The results show that self-endangering behaviors promote the development of burnout among caregivers. The study suggests that self-endangering is a harmful coping strategy promoted by high altruistic job motivation, high identification with the team, and low self-esteem.
Chapter 5 elaborates on the findings presented in Chapter 4 and tests them using a quantitative longitudinal survey over two measurement time points. The results confirm that high altruistic job motivation leads to more self-endangering behavioral tendencies and cognitions in nurses. Self-endangering cognitions mediate the effect of altruistic job motivation on the experience of exhaustion. Further evidence was found for the effect of low self-esteem on the promotion of self-endangering cognitions.
Chapter 6 examines in a longitudinal survey the effect of altruistic job motivation and under what conditions it has a detrimental effect on health and leads to self-endangering
tendencies in nurses. Workload, as well as leadership behavior, are examined as moderators. The results show that altruism promotes self-endangering cognitions when qualitative
workload is high. In addition, leaders who allow their employees few opportunities to recover from work promote their employees’ self-endangering cognitions. In summary, self-endangering is a harmful coping strategy in caring professions; it promotes burnout and is particularly promoted by high altruistic job motivation and low selfesteem. Both changes in working conditions and behavioral interventions are needed to reduce self-endangering in caregiving and thus maintain caregivers' mental health. Intraindividual resources could be strengthened in interventions, working conditions could be changed, and leaders could be sensitized.:Abstract (English)
Zusammenfassung (Deutsch)
List of Figures
List of Tables
Self-Endangering in Nursing
Theoretical Background
Overview of the Research Program
Psychological Mechanisms Underlying Nurses’ Burnout
Self-Endangering and Nurses’ Job Motives
Self-Endangering and Effects of Workload and Leadership Behavior
Overall Discussion
References
AppendixDer fortschreitende demographische Wandel in Deutschland stellt das Gesundheitssystem vor wachsende Herausforderungen. Mit zunehmender Alterung der Gesellschaft steigt die Zahl pflegebedürftiger Menschen rapide an und im Zuge von multimorbiden Erkrankungen verändert sich auch die Qualität der Pflegebedürftigkeit stetig. Zur Bewältigung dieses wachsenden Pflegebedarfes stehen immer weniger Fachkräfte in der Pflege dem Arbeitsmarkt zur Verfügung. Der fortschreitende Fachkräftemangel führt insbesondere in der Pflege dazu, dass die immer größere werdenden Arbeitsanforderungen von zunehmend weniger Personal bewältigt werden muss. In Folge dessen steigt die Arbeitsbelastung enorm und die Gesundheit des Pflegepersonals leidet, was zusätzliche
Ausfälle durch Erkrankungen des Personals verursacht und die Personalknappheit weiter verschärft. Die Arbeitsunfähigkeitszahlen in pflegenden Berufen sind dadurch inzwischen auf
einem Rekordhoch und besorgniserregend für die Versorgungssicherheit der Patienten*innen. Viele Pflegende leiden dabei insbesondere unter psychischen Erkrankungen, wie Burnout.
Die bisherigen Modelle zur Erklärung der Entstehung von Burnout im Arbeitskontext weisen auf die große Bedeutung von Anforderungen und Ressourcen hin, sind dabei aber zu allgemein, um spezifische Vorhersagen für den Pflegekontext treffen zu können. Diese Thesis entwickelt daher ein spezifisches Modell zur Erklärung der Entstehung von Burnout in pflegenden Berufen, mit dem besonderen Fokus auf die Rolle von intraindividuellen Ressourcen. Hierzu wurde ein Multimethoden-Verfahren im Rahmen von drei Studien eingesetzt. In der ersten Studie wurden in der stationären Langzeitpflege qualitative Interviews im Rahmen von Gruppeninterviews in Workshops mit Mitarbeitenden und Einzelinterviews mit Führungskräften durchgeführt. Auf Basis der hieraus gewonnenen
Erkenntnisse wurden in der zweiten und dritten Studie Längsschnittbefragungen in der Langzeitpflege und im Krankenhaus zur Prüfung, der in Studie 1 abgeleiteten Hypothesen, durchgeführt.
Kapitel 4 beschreibt im Rahmen von zwei qualitativen Interviewstudien die Perspektive von Mitarbeitenden und Führungskräften aus der stationären Langzeitpflege hinsichtlich der wahrgenommenen Herausforderungen im Arbeitskontext und möglicher Veränderungsmöglichkeiten. Die Ergebnisse zeigen, dass selbstaufopfernde Verhaltensweisen die Entstehung von Burnout bei Pflegenden begünstigen. Die Studie legt nahe, dass Selbstaufopferung eine gesundheitsschädliche Bewältigungsstrategie ist, die durch eine hohe altruistische Berufsmotivation, hohe Identifikation mit dem Team und geringen Selbstwert gefördert wird.
Kapitel 5 vertieft die in Kapitel 4 dargestellten Ergebnisse und prüft diese anhand einer quantitativen Längsschnittbefragung über zwei Messzeitpunkte. Die Ergebnisse bestätigen, dass eine hohe altruistische Berufsmotivation zu mehr selbstaufopfernde Verhaltenstendenzen und Kognitionen bei Pflegenden führt. Selbstaufopfernde Kognitionen mediieren dabei den Effekt von einer altruistischen Berufsmotivation auf das Erschöpfungserleben. Weitere Hinweise zeigten sich für die Wirkung von geringem Selbstwert auf die Förderung von selbstaufopfernden Kognitionen.
Kapitel 6 untersucht die Wirkung einer altruistischen Berufsmotivation in Pflegeberufen und unter welchen Bedingungen diese gesundheitsschädlich wirkt und zu
Selbstaufopferungstendenzen von Pflegenden führt. Als Moderatoren werden die Arbeitsbelastung, sowie das Führungsverhalten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Altruismus dann selbstaufopfernde Kognitionen fördert, wenn die qualitative Arbeitsbelastung hoch ist. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass Führungskräfte, die ihren Mitarbeitenden wenig Möglichkeiten zur Erholung von der Arbeit ermöglichen, die selbstaufopfernden Kognitionen ihrer Mitarbeitenden fördern. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Selbstaufopferung eine gesundheitsschädliche Coping Strategie in pflegenden Berufen darstellt, die Burnout fördert und insbesondere durch eine hohe altruistische Berufsmotivation und ein geringen Selbstwert gefördert wird. Es sind sowohl verhältnis- als auch verhaltensorientierte Maßnahmen notwendig, um Selbstaufopferung in der Pflege zu verringern und damit die psychische Gesundheit des Pflegepersonals zu erhalten. So könnten die intraindividuellen Ressourcen in Interventionen gestärkt, die Arbeitsbedingungen verändert, sowie die Führungskräfte sensibilisiert werden.:Abstract (English)
Zusammenfassung (Deutsch)
List of Figures
List of Tables
Self-Endangering in Nursing
Theoretical Background
Overview of the Research Program
Psychological Mechanisms Underlying Nurses’ Burnout
Self-Endangering and Nurses’ Job Motives
Self-Endangering and Effects of Workload and Leadership Behavior
Overall Discussion
References
Appendi
Social, Moral Machines: Perception of Embodied Digital Technologies
No full textMit der immer stärker werdenden Präsenz unterschiedlicher Verkörperter Digitaler Technologien (Embodied Digital Technologies, EDTs) in die bisher ausschließlich menschliche Gesellschaft ergibt sich die Frage nach der Integration dieser künstlichen Akteure in sogenannte Hybride Gesellschaften (Hybrid Societies). EDTs umfassen unterschiedliche Technologien wie beispielsweise bionische Prothesen zur Funktionswiederherstellung und -erweiterung an Menschen ebenso wie Roboter als (teil-)autonome Systeme. Deren Wahrnehmung und in weiterer Folge die Rolle von moralischer und rechtlicher Verantwortungsübernahme in Hybriden Gesellschaften wurde im Rahmen dieser Dissertation untersucht.
Sozialpsychologische Forschung zeigte wiederholt, dass sich die soziale Wahrnehmung, traditionell zweidimensional (Kompetenz und Wärme) oder dreidimensional (Kompetenz, Sozialität, Moralität) gedacht, auf gesellschaftliche Prozesse auswirkt. In Hybriden Gesellschaften, wo nicht nur menschliche Akteure in diese Prozesse eingebunden sind, stellt sich nun die Frage, ob und wie menschliche soziale Wahrnehmungsdimensionen anwendbar auf künstliche Akteure sind. Unterschiedliche Modelle zeigen, dass Menschen ursprünglich menschliche Interaktionsmuster auf künstliche Akteure übertragen, beziehungsweise dass die Einschätzung der Kompetenz Auswirkungen auf die tatsächliche Nutzung von technischen Systemen hat. Es wurde daher in zwei Studien (Artikel II und III) untersucht, inwieweit menschliche Attributionen hinsichtlich der Dimensionen Kompetenz, Sozialität und Moralität anwendbar auf Industrieroboter, soziale Roboter und androide Roboter sind. Dabei zeigte sich, dass die Kompetenzdimension überwiegend anwendbar war. Demgegenüber waren die inhärent menschlichen Dimensionen Sozialität und Moralität zu geringeren Anteilen auf EDTs übertragbar: Hier zeigte sich, dass Proband:innen ungerne sehr menschliche Attribute auf EDTs anwandten. Daher wurde, auf Basis vorhergehender Studien, ein Erhebungsinstrument entwickelt und validiert, welches im Speziellen die soziale Wahrnehmung von Robotern auf den Dimensionen Anthropomorphismus, Moralität/Sozialität und Aktivität/Kooperation abbildet (Artikel IV). Dieses Instrument wurde in einer weiteren Studie angewandt, um die soziale Wahrnehmung von EDTs basierend auf einer Interaktionsszene mit einem Menschen zu erfassen (Artikel V). Hierbei zeigte sich, dass menschenähnliches Design sowohl bei Robotern als auch bei Telepräsenzsystemen eine Rolle in der Zuschreibung sozialer Dimensionen spielt. Darüber hinaus wurden interindividuelle Unterschiede in der Attribution sozialer Dimensionen zu EDTs in den Artikeln II, III und V untersucht. Zwar zeigten sich einzelne Zusammenhänge als replizierbar, jedoch ist die Gesamtheit der Zusammenhänge weiterhin als arbiträr zu betrachten.
In Abhängigkeit der menschlichen Integration in EDTs stellen sich außerdem Fragen nach moralischer und rechtlicher Verantwortlichkeit: In menschlichen Gesellschaften wird von vollwertigen Mitgliedern erwartet, Verantwortung für ihr Handeln in moralischer und rechtlicher Hinsicht zu übernehmen. Wenn allerdings nicht mehr Menschen die Handelnden sind, sondern autonome Systeme, so wird hier ein Rahmenmodell benötigt, welches einerseits die unterschiedlichen Akteure definiert und andererseits die benötigen Fähigkeiten zur Verantwortungsübernahme und deren Zuordnung zu den Akteuren umfasst. Dieses vorläufige Modell wurde in einem interdisziplinären Zugang aus psychologischer und juristischer Perspektive konzeptualisiert und legt somit eine umfassende theoretische Basis für weitere Forschung (Artikel I). Es wurden sieben Akteure und sieben Fähigkeiten definiert, wobei sowohl aus psychologischer als auch juristischer Perspektive zum gegenwärtigen Zeitpunkt nur der Mensch als Akteur vollständige Verantwortung übernehmen kann.
Die Kombination dieser beiden Forschungsziele – die theoretische Konzeptualisierung von moralischer Verantwortung und die Untersuchung sozialer Wahrnehmung von EDTs – fand in Artikel V statt: Es wurden Interviewdaten von Personen, welche mit einem mit Künstlicher Intelligenz ausgestatteten Sortiersystem arbeiteten, erfasst und untersucht, welche Fähigkeiten des Modells zur Verantwortungsübernahme und welche sozialen Dimensionen erwähnt wurden. Dabei fanden sich alle Fähigkeiten der psychologischen Verantwortungsübernahme und die sozialen Dimensionen Kompetenz, Sozialität, Anthropomorphismus, Aktivität und Kooperation wieder.
Nicht zuletzt auf Basis dieser Befunde zeigt sich die Relevanz der in dieser Dissertation dargestellten Forschung: Hybride Gesellschaften werden in Zukunft immer stärker an Präsenz gewinnen, was eine frühzeitige wissenschaftliche Begleitung nötig macht. So ist der Aspekt der Verantwortungsübernahme unbenommen nicht nur aus psychologischer, sondern insbesondere auch aus juristischer Perspektive von großer Brisanz. Auch der Aspekt der sozialen Wahrnehmung, welcher schlussendlich die Vorbedingung für die tatsächliche Nutzung unterschiedlicher EDTs in angedachten Bereichen wie Pflege oder Bildung darstellt, verdient Beachtung. Letztlich wurde im Rahmen dieser Dissertation ein Modell zur Verantwortungsübernahme in Hybriden Gesellschaften erstellt und der Frage danach, ob EDTs als soziale Akteure betrachtet werden, nachgegangen – auch wenn diese Frage nur vorläufig und unter bestimmten Bedingungen bejaht werden kann.:I. Synopsis
1. Introduction
1.1. Actors in Hybrid Societies – who (or what) are they?
1.2. Issue of responsibility
2. Hybrid Societies
2.1. Embodied Digital Technologies (and the like)
2.1.1. Industrial Robots
2.1.2. Social Robots
2.1.3. Telepresence Systems
2.1.4. Conclusion
2.2. Models of humans interacting with EDTs
2.2.1. Technology Acceptance Model
2.2.2. Computers are Social Actors
2.2.3. Anthropomorphism
2.2.4. Sociomorphing
2.2.5. Conclusion
2.3. Social Perception
2.3.1. Social perception of humans
2.3.2. Social perception of EDTs
2.3.2.1. Competence
2.3.2.2. Warmth
2.3.3. Individual differences associated with social perception
2.3.4. Assessment of social perception of EDTs
2.3.4.1. The Godspeed Questionnaire
2.3.4.2. The Robotic Social Attributes Scale
2.3.4.3. General Attitudes Towards Robots Scale
2.3.4.4. Attitudes towards social robots scale
2.3.5. Conclusion
2.4. Responsibility in Hybrid Societies
2.4.1. Moral agents and moral patients
2.4.2. Moral machines?
2.4.3. Conclusion
3. Research objectives
3.1. General objective
3.2. Key questions
4. Study summaries
4.1. Responsibility in Hybrid Societies: concepts and terms
4.2. Embodied Digital Technologies: First Insights in the Social and Legal Perception of Robots and Users of Prostheses
4.3. Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social robotics
4.4. The Social Perception of Robots Scale (SPRS): Developing and Testing a Scale for Successful Interaction Between Humans and Robots
4.5. Social perception of Embodied Digital Technologies interacting with
humans
4.6. Exploring key categories of social perception and moral responsibility of AI-based agents at work: Findings from a case study in an industrial setting
5. Discussion
5.1. Social perception of EDTs
5.1.1. Anthropomorphism
5.1.2. Competence
5.1.3. Sociability/Morality
5.1.4. Activity/Cooperation
5.1.5. Personality traits associated with social perception
5.1.6. Are robots perceived as social actors?
5.2. Moral responsibility
5.3. Practical implications
5.4. Critical reflection of the studies
5.4.1. Stimulus material
5.4.2. Items
5.4.3. Sample composition
5.5. Future research
5.5.1. Type of contact and scenario
5.5.2. Gender
5.5.3. Diversity aspects
5.6. Conclusion
6. References
II. Papers
7. Paper I: Responsibility in Hybrid Societies: concepts and terms
8. Paper II: Embodied Digital Technologies: First insights in the social and legal perception of robots and users of prostheses
9. Paper III: Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social perception
10. Paper IV: The Social Perception of Robots Scale (SPRS): Developing and testing a scale for successful interaction between humans and robots
11. Paper V: Social perception of Embodied Digital Technologies interacting with
humans
12. Paper VI: Exploring key categories of social perception and moral responsibility of AI-based agents at work: Findings from a case study in an industrial setting
Publication ListWith the increasing presence of different Embodied Digital Technologies (EDTs) in the so far exclusively human society, the question of the integration of these artificial actors in so-called Hybrid Societies is being explored. EDTs comprise different technologies such as bionic prostheses for function restoration and enhancement on humans, or robots as (partially) autonomous systems. Their perception and subsequently the role of moral and legal responsibility in Hybrid Societies was investigated in this dissertation.
Social psychological research repeatedly showed that social perception, traditionally thought of as two-dimensional (competence and warmth) or three-dimensional (competence, sociability, morality), affects social processes. In Hybrid Societies, where not only human actors are involved in these processes, the question arises whether and how human social perception is applicable to artificial actors. Different models show that people do transfer originally human interaction patterns to artificial actors, respectively that the assessment of competence has an impact on the actual use of technical systems.
Therefore, two studies (Papers II and III) investigated the extent to which human attributions regarding the dimensions of competence, sociability, and morality are applicable to industrial robots, social robots, and android robots. Results showed that the dimension of competence was predominantly applicable. In contrast, the inherently human dimensions sociability and morality were applicable to EDTs to a lesser extent: Subjects were reluctant to apply very human attributes to EDTs. Therefore, based on previous studies, a questionnaire was developed and validated, which specifically maps the social perception of robots on the dimensions anthropomorphism, sociability/morality, and activity/cooperation (Paper IV). This instrument was applied in a subsequent study to assess the social perception of EDTs based on an interaction scene with a human (Paper V). Here, human-like design was shown to play a role in the attribution of social dimensions for both robots and telepresence systems.
Interindividual differences in the attribution of social dimensions to EDTs were further examined in Papers II, III, and V. Although individual correlations were shown to be replicable, the totality of correlations must still be considered arbitrary. Depending on human integration in EDTs, questions of moral and legal responsibility arise: In human societies, full members are expected to assume responsibility for their actions in moral and legal terms. However, if the actors are no longer humans but autonomous systems, a framework model is needed that on one hand defines the different actors, and on the other hand includes the required capacities for taking responsibility, and their allocation to the actors. This preliminary model was conceptualized in an interdisciplinary approach from a psychological and a legal perspective, thus laying a comprehensive theoretical foundation for further research (Paper I). Seven actors and seven capacities were defined, and from both a psychological and a legal perspective, only humans can assume complete responsibility as actors at this stage.
The combination of these two research objectives – the theoretical conceptualization of moral responsibility and the investigation of social perception of EDTs – took place in Paper V: Interview data of persons who worked with a sorting system equipped with artificial intelligence were examined for the unprompted mentions of the capacities from the responsibility model and dimensions of social perception. All capacities and the social dimensions competence, sociability, anthropomorphism, activity, and cooperation were mentioned by actual users of an AI-based system.
Not least on the basis of these findings, the relevance of the research presented in this thesis becomes apparent: Hybrid Societies will gain more and more presence in the future, which makes an early scientific monitoring necessary. Thus, the aspect of responsibility is unquestionably highly relevant, not only from a psychological, but also from a legal perspective. The aspect of social perception, which ultimately represents the precondition for the actual use of different EDTs in various envisaged areas such as care or education, also deserves attention. Ultimately, in this dissertation, we created a model for responsibility in Hybrid Societies and the question of whether EDTs are considered as social actors was explored – even if this question can only be answered in the affirmative provisionally and under certain conditions.:I. Synopsis
1. Introduction
1.1. Actors in Hybrid Societies – who (or what) are they?
1.2. Issue of responsibility
2. Hybrid Societies
2.1. Embodied Digital Technologies (and the like)
2.1.1. Industrial Robots
2.1.2. Social Robots
2.1.3. Telepresence Systems
2.1.4. Conclusion
2.2. Models of humans interacting with EDTs
2.2.1. Technology Acceptance Model
2.2.2. Computers are Social Actors
2.2.3. Anthropomorphism
2.2.4. Sociomorphing
2.2.5. Conclusion
2.3. Social Perception
2.3.1. Social perception of humans
2.3.2. Social perception of EDTs
2.3.2.1. Competence
2.3.2.2. Warmth
2.3.3. Individual differences associated with social perception
2.3.4. Assessment of social perception of EDTs
2.3.4.1. The Godspeed Questionnaire
2.3.4.2. The Robotic Social Attributes Scale
2.3.4.3. General Attitudes Towards Robots Scale
2.3.4.4. Attitudes towards social robots scale
2.3.5. Conclusion
2.4. Responsibility in Hybrid Societies
2.4.1. Moral agents and moral patients
2.4.2. Moral machines?
2.4.3. Conclusion
3. Research objectives
3.1. General objective
3.2. Key questions
4. Study summaries
4.1. Responsibility in Hybrid Societies: concepts and terms
4.2. Embodied Digital Technologies: First Insights in the Social and Legal Perception of Robots and Users of Prostheses
4.3. Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social robotics
4.4. The Social Perception of Robots Scale (SPRS): Developing and Testing a Scale for Successful Interaction Between Humans and Robots
4.5. Social perception of Embodied Digital Technologies interacting with
humans
4.6. Exploring key categories of social perception and moral responsibility of AI-based agents at work: Findings from a case study in an industrial setting
5. Discussion
5.1. Social perception of EDTs
5.1.1. Anthropomorphism
5.1.2. Competence
5.1.3. Sociability/Morality
5.1.4. Activity/Cooperation
5.1.5. Personality traits associated with social perception
5.1.6. Are robots perceived as social actors?
5.2. Moral responsibility
5.3. Practical implications
5.4. Critical reflection of the studies
5.4.1. Stimulus material
5.4.2. Items
5.4.3. Sample composition
5.5. Future research
5.5.1. Type of contact and scenario
5.5.2. Gender
5.5.3. Diversity aspects
5.6. Conclusion
6. References
II. Papers
7. Paper I: Responsibility in Hybrid Societies: concepts and terms
8. Paper II: Embodied Digital Technologies: First insights in the social and legal perception of robots and users of prostheses
9. Paper III: Social perception of embodied digital technologies – a closer look at bionics and social perception
10. Paper IV: The Social Perception of Robots Scale (SPRS): Developing and testing a scale for successful interaction between humans and robots
11. Paper V: Social perception of Embodied Digital Technologies interacting with
humans
12. Paper VI: Exploring key categories of social perception and moral responsibility of AI-based agents at work: Findings from a case study in an industrial setting
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