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Schadensanalyse von hochfesten, laufenden Faserseilen
Get PDFStahldrahtseile haben sich aufgrund ihrer hohen Bruchkraft und Betriebssicherheit sowie langjähriger Erfahrungen als Übertragungs-, Verbindungs- und Sicherheitselemente in intermittierenden Förderern, wie Kranen und Aufzügen etabliert. Sie weisen jedoch Nachteile, wie hohe Eigenmasse, geringe Biegeelastizität und Korrosionsempfindlichkeit auf. Steigende Anforderungen an ein energieeffizientes und ressourcenschonendes Betreiben von technischen Anlagen erfordern zunehmend neue Materialien, Technologien und Verfahren. Demzufolge rücken auch textile Maschinenelemente in Form von HM-HT-Faserseilen (engl.: high modulus - high tenacity) in den Fokus der Betrachtungen. Diese bieten aufgrund ihres günstigen Bruchkraft-Masse-Verhältnisses eine vielversprechende Alternative zu den Stahldrahtseilen. Mit den wachsenden Innovationen gehen jedoch auch neue Schadensfälle einher, da es an Erfahrungswerten und Langzeitstudien textiler Zug- und Tragmittel fehlt. Das umfassende Ziel dieser Arbeit ist es, den Forschungsstand hinsichtlich des Verschleiß- und Alterungszustandes und Einflussgrößen auf die Lebensdauer und Kriterien zur Ablegereifeerkennung hochfester Faserseile zu erweitern. Hierfür wurde eine Herangehensweise zur Schadensanalyse sowie eine Kategorisierung von Schadensarten, Schadensursachen, Verschleiß- und Alterungserscheinungen von Faserseilen erarbeitet. Weiterhin erfolgte die Entwicklung neuer Prüfmethoden zur Ermittlung des Gebrauchszustandes der Lebensdauer und Ablegekriterien von laufenden Faserseilen auf Basis spezifischer visueller Verschleißerscheinungen sowie elektrisch leitfähiger Merkmale der Faserseile.Steel wire ropes have a high breaking strength and operational reliability as well as many years of experience. For these reasons steel wire ropes are used as transmission, connection and safety elements in intermittent conveyors, such as cranes and elevators. However, they have disadvantages such as high intrinsic mass, low bending elasticity and corrosion sensitivity. Increasing demands on energy-efficient and resource-efficient operation of technical systems require new materials, technologies and processes. Therefore, textile machine elements such as HM-HT fibre ropes (high modulus - high tenacity) are also in the focus of considerations. Due to their favorable breaking force-mass ratio fibre ropes offer a promising alternative to the steel wire ropes. However, new cases of damage also go hand in hand with the growing innovations. It lacks on experience and long-term studies of textile tensile elements. The aim of this study is to extend the state of research regarding of wear and ageing phenomena as well as influencing factors of the lifetime and discard criteria for high-strength fibre ropes. For these reasons an approach of a damage analysis for fibre ropes worked out. Furthermore new test methods to determine the state of use and define discard criteria of running fibre ropes developed and carried out
Semiconductor-generated entangled photons for hybrid quantum networks
Get PDFThe deterministic generation and manipulation of quantum states has attracted much interest ever since the rise of quantum mechanics. Large-scale, distributed quantum states are the basis for novel applications such as quantum communication, quantum remote sensing, distributed quantum computing or quantum voting protocols. The necessary infrastructure will be provided by distributed quantum networks, allowing for quantum bit processing and storage at single nodes. Quantum states of light then allow for inter-node transmission of quantum information. Transmission losses in optical fibers may be overcome by quantum repeaters, the quantum equivalent of classical signal amplifiers. The fragility of quantum superposition states makes building such networks very challenging. Hybrid solutions combine the strengths of different physical systems: Efficient quantum memories can be realized using alkali atoms such as rubidium. Leading in the deterministic generation of single photons and polarization entangled photon pairs are semiconductor InAs/GaAs quantum dots grown by the Stranski-Krastanov method. Despite remarkable progress in the last twenty years, complex quantum optical protocols could not be realized due to low degree of entanglement, low brightness and broad wavelength distribution.
In this work, an emerging family of epitaxially grown GaAs/AlGaAs quantum dots obtained by droplet etching and nanohole infilling is studied. Under pulsed resonant two-photon excitation, they emit single pairs of entangled photons with high purity and unprecedented degree of entanglement. Entanglement fidelities up to f = 0.94 are observed, which are only limited by the optical setup or a residual exciton fine structure. The samples exhibit a very narrow wavelength distribution at rubidium memory transitions. Strain tuning is applied via piezoelectric actuators to allow for reversible fine-tuning of the emission frequency.
In a next step, active feedback is employed to stabilize the frequency of single photons emitted by two separate quantum dots to an atomic rubidium standard. The transmission of a rubidium-based Faraday filter serves as the error signal for frequency stabilization. A residual frequency deviation of < 30MHz is achieved, which is less than 1.5% of the quantum dot linewidth. Long-term stability is demonstrated by Hong-Ou-Mandel interference between photons from the two quantum dots. Their internal dephasing limits the expected visibility to V = 40%. For frequency-stabilized dots, V = (41 ± 5)% is observed as opposed to V = (31 ± 7)% for free-running emission. This technique reaches the maximally expected visibility for the given system and therefore facilitates quantum networks with indistinguishable photons from distributed sources.
Based on the presented techniques and improved emission quality, pivotal quantum communication protocols can now be implemented with quantum dots, such as transferring entanglement between photon pairs. Embedding quantum dots in a dielectric antenna ensures a bright emission. For the first time, entanglement swapping between two pairs of photons emitted by a single quantum dot is realized. A joint Bell measurement heralds the successful generation of the Bell state Ψ+ with a fidelity of up to (0.81 ± 0.04). The state's nonlocal nature is confirmed by violating the CHSH-Bell inequality with S = (2.28 ± 0.13). The photon source is tuned into resonance with rubidium transitions, facilitating implementation of hybrid quantum repeaters. This work thus represents a major step forward for the application of semiconductor based entangled photon sources in real-world scenarios
Detection of Road Conditions Using Image Processing and Machine Learning Techniques for Situation Awareness
Get PDFIn this modern era, land transports are increasing dramatically. Moreover, self-driven car or the Advanced Driving Assistance System (ADAS) is now the public demand. For these types of cars, road conditions detection is mandatory. On the
other hand, compared to the number of vehicles, to increase the number of roads is not possible. Software is the only alternative solution. Road Conditions Detection system will help to solve the issues. For solving this problem, Image processing, and
machine learning have been applied to develop a project namely, Detection of Road Conditions Using Image Processing and Machine Learning Techniques for Situation Awareness. Many issues could be considered for road conditions but the main focus will be on the detection of potholes, Maintenance sings and lane. Image processing and machine learning have been combined for our system for detecting in real-time. Machine learning has been applied to maintains signs detection. Image processing has been applied for detecting lanes and potholes. The detection system will provide a lane mark with colored lines, the pothole will be a marker with a red rectangular box and for a road Maintenance sign, the system will also provide information of aintenance sign as maintenance sing is detected. By observing all these scenarios, the driver will realize the road condition. On the other hand situation awareness is the ability to perceive information from it’s surrounding, takes decisions based on perceived information and it makes decision based on prediction
Nonlinear Dynamics and Chaos in Systems with Time-Varying Delay
Get PDFSysteme mit Zeitverzögerung sind dadurch charakterisiert, dass deren zukünftige Entwicklung durch den Zustand zum aktuellen Zeitpunkt nicht eindeutig festgelegt ist. Die Historie des Zustands muss in einem Zeitraum bekannt sein, dessen Länge Totzeit genannt wird und die Gedächtnislänge festlegt. In dieser Arbeit werden fundamentale Effekte untersucht, die sich ergeben, wenn die Totzeit zeitlich variiert wird.
Im ersten Teil werden zwei Klassen periodischer Totzeitvariationen eingeführt. Da diese von den dynamischen Eigenschaften einer eindimensionalen iterierten Abbildung abgeleitet werden, die über die Totzeit definiert wird, werden die Klassen entsprechend der zugehörigen Dynamik konservativ oder dissipativ genannt. Systeme mit konservativer Totzeit können in Systeme mit konstanter Totzeit transformiert werden und besitzen gleiche charakteristische Eigenschaften. Dagegen weisen Systeme mit dissipativer Totzeit fundamentale Unterschiede z.B. in der Tangentialraumdynamik auf. Im zweiten Teil werden diese Ergebnisse auf Systeme angewendet, deren Totzeit im Vergleich zur internen Relaxationszeit des Systems groß ist. Es zeigt sich, dass ein durch dissipative Totzeitvariationen induzierter Mechanismus, genannt resonanter Dopplereffekt, unter anderem zu neuen Arten chaotischer Dynamik führt. Diese sind im Vergleich zur bekannten chaotischen Dynamik in Systemen mit konstanter Totzeit sehr niedrig-dimensional. Als Spezialfall wird das so genannte laminare Chaos betrachtet, dessen Zeitreihen durch nahezu konstante Phasen periodischer Dauer gekennzeichnet sind, deren Amplitude chaotisch variiert. Im dritten Teil dieser Arbeit wird auf der Basis experimenteller Daten und durch die Analyse einer nichtlinearen retardierten Langevin-Gleichung gezeigt, dass laminares Chaos robust gegenüber Störungen wie zum Beispiel Rauschen ist und experimentell realisiert werden kann. Es werden Methoden zur Zeitreihenanalyse entwickelt, um laminares Chaos in experimentellen Daten ohne Kenntnis des erzeugenden Systems zu detektieren. Mit diesen Methoden ist selbst dann eine Detektion möglich, wenn das Rauschen so stark ist, dass laminares Chaos mit bloßem Auge nur schwer erkennbar ist.:1. Introduction
2. Dissipative and conservative delays in systems with time-varying delay
3. Laminar Chaos and the resonant Doppler effect
4. Laminar Chaos: a robust phenomenon
5. Summary and concluding remarks
A. AppendixIn systems with time-delay, the evolution of a system is not uniquely determined by the state at the current time. The history of the state must be known for a time period of finite duration, where the duration is called delay and determines the memory length of the system. In this work, fundamental effects arising from a temporal variation of the time-delay are investigated.
In the first part, two classes of periodically time-varying delays are introduced.
They are related to a specific dynamics of a one-dimensional iterated map that is defined by the time-varying delay. Referring to the related map dynamics the classes are called conservative or dissipative. Systems with conservative delay can be transformed into systems with constant delay, and thus have the same characteristic properties as constant delay systems. In contrast, there are fundamental differences, for instance, in the tangent space dynamics, between systems with dissipative delay and systems with constant delay. In the second part, these results are applied to systems with a delay that is considered large compared to the internal relaxation time of the system. It is shown that a mechanism induced by dissipative delays leads to new kinds of regular and chaotic dynamics. The dynamics caused by the so-called resonant Doppler effect is fundamentally different from the behavior known from systems with constant delay. For instance, the chaotic attractors in systems with dissipative delay are very low-dimensional compared to typical ones arising in systems with constant delay. An example of this new kind of low-dimensional dynamics is given by the so-called Laminar Chaos. It is characterized by nearly constant laminar phases of periodic duration, where the amplitude varies chaotically. In the third part of this work, it is shown that Laminar Chaos is a robust phenomenon, which survives perturbations such as noise and can be observed experimentally. Therefore experimental data is provided and a nonlinear delayed Langevin equation is analyzed. Using the robust features that characterize Laminar Chaos, methods for time series analysis are developed, which enable us to detect Laminar Chaos without the knowledge of the specific system that has generated the time series. By these methods Laminar Chaos can be detected even for comparably large noise strengths, where the characteristic properties are nearly invisible to the eye.:1. Introduction
2. Dissipative and conservative delays in systems with time-varying delay
3. Laminar Chaos and the resonant Doppler effect
4. Laminar Chaos: a robust phenomenon
5. Summary and concluding remarks
A. Appendi
Deep Learning based Defect Classification in X-ray Images of Weld Tubes
No full textIn the scheme of Non Destructive Testing (NDT), defect detection is an important process. Traditional image processing techniques have successfully been used for
defect recognition. Usage of machine learning techniques is still in the initial stages of development. Convolution Neural Networks (CNN) is widely used for object
classification one such scenario is defect classification in weld tubes. With the advent of deep learning techniques such as transfer learning, we can transfer knowledge
gained in one domain successfully into other. Pre-trained models successfully learn features from large scale datasets that can be used for in domains having sparse
data and smaller datasets.
The aim of this work is to help a manual inspector in recognition of defects on the weld tubes. With a given set of images, we proceed by forming unique pipeline
architecture for automatic defect recognition. The research in this thesis focuses on extraction of welds using image segmentation techniques, creating a dataset of defects
and using it to on pre-trained Convolution Neural Networks of VGG16, VGG19, Inception V3 and ResNet101. We evaluate the models on different metrics finding
the best suited model for the created dataset. Further a prototype sliding window solution is used to find defects over the extracted weld region. We also present the
limitations of this approach and suggest modifications that can be implemented in the future
Strategische Planung technischer Kapazität in komplexen Produktionssystemen: mathematische Optimierung grafischer Modelle mit der Software AURELIE
Get PDFAktuelle Entwicklungen führen zu komplexeren Produktionssystemen, insbesondere in der variantenreichen Serienfertigung. Als Folge bestehen erhebliche Herausforderungen darin, die technische Kapazität mit strategischem Zeithorizont effizient, transparent und flexibel zu planen. Da zahlreiche Abhängigkeiten berücksichtigt werden müssen, ist in der Praxis festzustellen, dass sich Vollständigkeit und Verständlichkeit der Modelle ausschließen. Zur Lösung dieses Zielkonflikts wird ein softwaregestützter Workflow vorgeschlagen, welcher in der neu entwickelten Software AURELIE realisiert wurde. Der Workflow basiert auf der grafischen Modellierung eines geplanten Systems von Wertströmen, der automatischen Validierung und Transformation des grafischen Modells und der automatischen Optimierung des resultierenden mathematischen Modells. Den Ausgangspunkt bildet ein grafisches Modell, das nicht nur verständlich ist, sondern auch das System in seiner Komplexität vollständig widerspiegelt. Aus Sicht der Forschung liegt der wesentliche Beitrag neben einer formalen Systembeschreibung und dem Aufzeigen der Forschungslücke in der Entwicklung der notwendigen Modelle und Algorithmen. Der Neuheitsgrad ist durch den ganzheitlichen Lösungsansatz gegeben, dessen Umsetzbarkeit durch die Software AURELIE belegt wird. Aus Sicht der Praxis werden die Effizienz, Transparenz und Flexibilität im Planungsprozess signifikant gesteigert. Dies wird durch die weltweite Einführung der Software AURELIE an den Standorten der Bosch Rexroth AG bestätigt.:Vorwort
Referat
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Algorithmenverzeichnis
1 Einführung
1.1 Ausgangssituation: Potenziale in der Planung
1.2 Problembeschreibung und Einordnung der Dissertation
1.3 Lösungsansatz: softwaregestützter Workflow
1.4 Forschungsfragen und Aufbau der Arbeit
2 Lösungsvorbereitung: Systemanalyse
2.1 Kontext: strategische Planung technischer Kapazität in der Serienfertigung
2.2 Systemstruktur: rekursive Zusammensetzung von Wertströmen
2.2.1 Prozessschritte, Stückzahlverteilung und Verknüpfungstypen
2.2.2 Prozesse und Wertströme
2.3 Systemschnittstelle: Funktionen der Eingaben und Ausgaben
2.3.1 Materialfluss: Bereitstellung von Komponenten für Produkte
2.3.2 Informationsfluss: Planung der Produktion
2.4 Grundlagen der Kalkulation: einfacher Fall eines Prozessschritts
2.4.1 Taktzeiten, Nutzungsgrad und Betriebsmittelzeit
2.4.2 Kapazität, Auslastung und Investitionen
2.5 Erweiterung der Kalkulation: allgemeiner Fall verknüpfter Prozessschritte
2.5.1 Sequenzielle Verknüpfung
Beispiel SQ1
Beispiel SQ2
Beispiel SQ3
2.5.2 Alternative Verknüpfung
Beispiel AL1
Beispiel AL2
Beispiel AL3
2.5.3 Selektive Verknüpfung
Beispiel SL1
Beispiel SL2
2.6 Anforderungen in Bezug auf die Modellierung und die Optimierung
2.6.1 Kategorisierung möglicher Anforderungen
2.6.2 Formulierung der essenziellen Anforderungen
3 Stand der Technik
3.1 Auswahl zu evaluierender Softwaretypen
3.2 Software zur Erstellung von Tabellenkalkulationen
3.2.1 Beispiel: Microsoft Excel
3.2.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
3.3 Software zur Materialflusssimulation
3.3.1 Beispiel: Siemens Plant Simulation
3.3.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
3.4 Software für Supply Chain Management
3.4.1 Beispiel: SAP APO Supply Network Planning
3.4.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
3.5 Software zur Prozessmodellierung
3.5.1 Beispiel: BPMN mit idealem Interpreter und Optimierer
3.5.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
3.6 Fazit: Bedarf nach einer neuen Entwicklung
4 Lösungsschritt I: grafische Modellierung und Modelltransformation
4.1 Kurzeinführung: Graphentheorie und Komplexität
4.1.1 Graphentheorie
4.1.2 Komplexität von Algorithmen
4.2 Modellierung eines Systems durch Wertstromgraphen
4.2.1 Grafische Modellstruktur: Knoten und Kanten
4.2.2 Modellelemente: Quellen, Senken, Ressourcen und Flusspunkte
4.3 Validierung eines grafischen Modells
4.3.1 Ziel, Grundidee und Datenstrukturen
4.3.2 Beschreibung der Algorithmen
4.3.3 Beweis der Zeitkomplexität
4.4 Transformation eines grafischen Modells in ein mathematisches Modell
4.4.1 Mathematische Modellstruktur: Matrizen und Folgen
4.4.2 Ziel, Grundidee und Datenstrukturen
4.4.3 Beschreibung der Algorithmen
4.4.4 Beweis der Zeitkomplexität
4.5 Umsetzung in der Software AURELIE
4.5.1 Funktionsübersicht und Benutzerführung
4.5.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
4.6 Fazit: Erreichen des vorgegebenen Entwicklungsziels
5 Lösungsschritt II: mathematische Optimierung
5.1 Kurzeinführung: lineare Optimierung und Korrektheit
5.1.1 Lineare Optimierung
5.1.2 Korrektheit von Algorithmen
5.2 Maximierung der Kapazitäten
5.2.1 Ziel, Grundidee und Datenstrukturen
5.2.2 Beschreibung des Algorithmus
5.2.3 Beweis der Korrektheit und Zeitkomplexität
5.3 Minimierung der Investitionen
5.3.1 Ziel, Grundidee und Datenstrukturen
5.3.2 Beschreibung des Algorithmus
5.3.3 Beweis der Korrektheit und Zeitkomplexität
5.4 Optimierung der Auslastung
5.4.1 Ziel, Grundidee und Datenstrukturen
5.4.2 Beschreibung des Algorithmus
5.4.3 Beweis der Korrektheit und Zeitkomplexität
5.5 Umsetzung in der Software AURELIE
5.5.1 Funktionsübersicht und Benutzerführung
5.5.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
5.5.3 Wesentliche Erweiterungen
5.5.4 Validierung der Optimierungsergebnisse
5.6 Fazit: Erreichen des vorgegebenen Entwicklungsziels
6 Schluss
6.1 Zusammenfassung der Ergebnisse
6.2 Implikationen für Forschung und planerische Praxis
6.3 Ausblick: mögliche Weiterentwicklungen
A Technische Dokumentation
A.1 Algorithmen, Teil I: grafische Modellierung und Modelltransformation
A.1.1 Nichtrekursive Breitensuche von Knoten in einem Graphen
A.1.2 Rekursive Breitensuche von Knoten in einem Graphen
A.1.3 Nichtrekursive Tiefensuche von Knoten in einem Graphen
A.1.4 Rekursive Tiefensuche von Knoten in einem Graphen
A.1.5 Traversierung der Kanten eines grafischen Modells
A.1.6 Validierung eines grafischen Modells
A.1.7 Traversierung der Knoten eines grafischen Modells
A.1.8 Transformation eines grafischen Modells
A.2 Algorithmen, Teil II: mathematische Optimierung
A.2.1 Minimierung einer allgemeinen linearen Zielfunktion
A.2.2 Maximierung der technischen Kapazitäten
A.2.3 Minimierung der Überlastung (Komponenten größer als eins)
A.2.4 Optimierung der Auslastung (alle Komponenten)
Abkürzungsverzeichnis
Symbolverzeichnis
Index
LiteraturverzeichnisRecent developments lead to increasingly complex production systems, especially in the case of series production with a great number of variants. As a result, considerable challenges exist in planning the technical capacity with strategic time horizon efficiently, transparently and flexibly. Since numerous interdependencies must be considered, it can be observed in practice that completeness and understandability of the models are mutually exclusive. To solve this conflict of objectives, a software-based workflow is proposed, which was implemented in the newly developed software AURELIE. The workflow relies on the graphical modeling of a planned system of value streams, the automated validation and transformation of the graphical model and the automated optimization of the resulting mathematical model. The starting point is a graphical model, which is not only understandable, but also reflects the system completely with respect to its complexity. From a research perspective, the essential contribution, besides a formal system description and the identification of the research gap, lies in the development of the required models and algorithms. The degree of novelty is given by the holistic solution approach, which is proven feasible by the software AURELIE. From a practical perspective, efficiency, transparency and flexibility in the planning process are significantly increased. This is confirmed by the worldwide implementation of the software AURELIE at the locations of Bosch Rexroth AG.:Vorwort
Referat
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Algorithmenverzeichnis
1 Einführung
1.1 Ausgangssituation: Potenziale in der Planung
1.2 Problembeschreibung und Einordnung der Dissertation
1.3 Lösungsansatz: softwaregestützter Workflow
1.4 Forschungsfragen und Aufbau der Arbeit
2 Lösungsvorbereitung: Systemanalyse
2.1 Kontext: strategische Planung technischer Kapazität in der Serienfertigung
2.2 Systemstruktur: rekursive Zusammensetzung von Wertströmen
2.2.1 Prozessschritte, Stückzahlverteilung und Verknüpfungstypen
2.2.2 Prozesse und Wertströme
2.3 Systemschnittstelle: Funktionen der Eingaben und Ausgaben
2.3.1 Materialfluss: Bereitstellung von Komponenten für Produkte
2.3.2 Informationsfluss: Planung der Produktion
2.4 Grundlagen der Kalkulation: einfacher Fall eines Prozessschritts
2.4.1 Taktzeiten, Nutzungsgrad und Betriebsmittelzeit
2.4.2 Kapazität, Auslastung und Investitionen
2.5 Erweiterung der Kalkulation: allgemeiner Fall verknüpfter Prozessschritte
2.5.1 Sequenzielle Verknüpfung
Beispiel SQ1
Beispiel SQ2
Beispiel SQ3
2.5.2 Alternative Verknüpfung
Beispiel AL1
Beispiel AL2
Beispiel AL3
2.5.3 Selektive Verknüpfung
Beispiel SL1
Beispiel SL2
2.6 Anforderungen in Bezug auf die Modellierung und die Optimierung
2.6.1 Kategorisierung möglicher Anforderungen
2.6.2 Formulierung der essenziellen Anforderungen
3 Stand der Technik
3.1 Auswahl zu evaluierender Softwaretypen
3.2 Software zur Erstellung von Tabellenkalkulationen
3.2.1 Beispiel: Microsoft Excel
3.2.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
3.3 Software zur Materialflusssimulation
3.3.1 Beispiel: Siemens Plant Simulation
3.3.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
3.4 Software für Supply Chain Management
3.4.1 Beispiel: SAP APO Supply Network Planning
3.4.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
3.5 Software zur Prozessmodellierung
3.5.1 Beispiel: BPMN mit idealem Interpreter und Optimierer
3.5.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
3.6 Fazit: Bedarf nach einer neuen Entwicklung
4 Lösungsschritt I: grafische Modellierung und Modelltransformation
4.1 Kurzeinführung: Graphentheorie und Komplexität
4.1.1 Graphentheorie
4.1.2 Komplexität von Algorithmen
4.2 Modellierung eines Systems durch Wertstromgraphen
4.2.1 Grafische Modellstruktur: Knoten und Kanten
4.2.2 Modellelemente: Quellen, Senken, Ressourcen und Flusspunkte
4.3 Validierung eines grafischen Modells
4.3.1 Ziel, Grundidee und Datenstrukturen
4.3.2 Beschreibung der Algorithmen
4.3.3 Beweis der Zeitkomplexität
4.4 Transformation eines grafischen Modells in ein mathematisches Modell
4.4.1 Mathematische Modellstruktur: Matrizen und Folgen
4.4.2 Ziel, Grundidee und Datenstrukturen
4.4.3 Beschreibung der Algorithmen
4.4.4 Beweis der Zeitkomplexität
4.5 Umsetzung in der Software AURELIE
4.5.1 Funktionsübersicht und Benutzerführung
4.5.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
4.6 Fazit: Erreichen des vorgegebenen Entwicklungsziels
5 Lösungsschritt II: mathematische Optimierung
5.1 Kurzeinführung: lineare Optimierung und Korrektheit
5.1.1 Lineare Optimierung
5.1.2 Korrektheit von Algorithmen
5.2 Maximierung der Kapazitäten
5.2.1 Ziel, Grundidee und Datenstrukturen
5.2.2 Beschreibung des Algorithmus
5.2.3 Beweis der Korrektheit und Zeitkomplexität
5.3 Minimierung der Investitionen
5.3.1 Ziel, Grundidee und Datenstrukturen
5.3.2 Beschreibung des Algorithmus
5.3.3 Beweis der Korrektheit und Zeitkomplexität
5.4 Optimierung der Auslastung
5.4.1 Ziel, Grundidee und Datenstrukturen
5.4.2 Beschreibung des Algorithmus
5.4.3 Beweis der Korrektheit und Zeitkomplexität
5.5 Umsetzung in der Software AURELIE
5.5.1 Funktionsübersicht und Benutzerführung
5.5.2 Erfüllungsgrad der Anforderungen
5.5.3 Wesentliche Erweiterungen
5.5.4 Validierung der Optimierungsergebnisse
5.6 Fazit: Erreichen des vorgegebenen Entwicklungsziels
6 Schluss
6.1 Zusammenfassung der Ergebnisse
6.2 Implikationen für Forschung und planerische Praxis
6.3 Ausblick: mögliche Weiterentwicklungen
A Technische Dokumentation
A.1 Algorithmen, Teil I: grafische Modellierung und Modelltransformation
A.1.1 Nichtrekursive Breitensuche von Knoten in einem Graphen
A.1.2 Rekursive Breitensuche von Knoten in einem Graphen
A.1.3 Nichtrekursive Tiefensuche von Knoten in einem Graphen
A.1.4 Rekursive Tiefensuche von Knoten in einem Graphen
A.1.5 Traversierung der Kanten eines grafischen Modells
A.1.6 Validierung eines grafischen Modells
A.1.7 Traversierung der Knoten eines grafischen Modells
A.1.8 Transformation eines grafischen Modells
A.2 Algorithmen, Teil II: mathematische Optimierung
A.2.1 Minimierung einer allgemeinen linearen Zielfunktion
A.2.2 Maximierung der technischen Kapazitäten
A.2.3 Minimierung der Überlastung (Komponenten größer als eins)
A.2.4 Optimierung der Auslastung (alle Komponenten)
Abkürzungsverzeichnis
Symbolverzeichnis
Index
Literaturverzeichni
Neuartige Charakterisierungsmethoden für moderne Thermische Interface-Materialien einschließlich deren Struktur-Eigenschafts-Korrelation
Get PDFDie fortschreitende Miniaturisierung von elektronischen Systemen begleitet von steigender Leistung und Funktionalität führt zur Erhöhung der Leistungsdichte. Um diesem Trend zu entsprechen, werden neue Entwärmungskonzepte benötigt, die wiederum neuartige Materialien und Materialverbünde fordern. Ein wichtiger Aspekt dieser Arbeit ist deshalb die Konzentration auf die für den Wärmetransport entscheidenden Materialien. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Methoden für die umfassende thermische Charakterisierung von den verschiedenen Materialien und Materialklassen, die in der Elektronikindustrie verwendet werden. Die Messsysteme wurden so entworfen und entwickelt, dass spezifische Anwendungsbedingungen berücksichtigt werden können, keine aufwändige Probenherstellung notwendig ist und gleichzeitig eine hohe Messgenauigkeit gewährleistet ist. Es wurden vier verschiedene Messsysteme innerhalb dieser Arbeit entwickelt und realisiert, die in ihrer Gesamtheit die Charakterisierung von fast allen Package-Materialien unter gewünschten Randbedingungen ermöglichen. Zahlreiche Materialien und Effekte wurden daraufhin im Rahmen dieser Arbeit mit den entwickelten Messsystemen untersucht und diskutiert.The continuous miniaturization of electronic systems accompanied by increasing performance and functionality leads to an increase in power density. In order to comply this trend, new heat dissipation concepts are needed which demand new materials and material composites. An important aspect of this work is therefore the concentration on the materials that are decisive for the heat flow. This thesis deals with the development of Methods for comprehensive thermal characterization of the different materials and material classes used in the electronics industry. The measuring systems have been designed and developed in such a way that they enable to take into account specific application conditions, no costly sample preparation is necessary and at the same time high measuring accuracy is ensured. Four different measuring systems were developed and realized within this work, which, in their entirety, enable the characterization of almost all package materials under desired boundary conditions. Based on this, numerous materials and effects were investigated and discussed in the context of this work with the developed measurement systems
Custom-Designed Biohybrid Micromotor for Potential Disease Treatment
Get PDFMicromotors are recognized as promising candidates for untethered micromanipulation and targeted cargo transport. Their future application is, however, hindered by the low efficiency of drug encapsulation and their poor adaptability in physiological conditions. To address these challenges, one potential solution is to incorporate micromotors with biological materials as the combination of functional biological entities and smart artificial parts represents a manipulable and biologically friendly approach.
This dissertation focuses on the development of custom-designed micromotors combined with sperm and their potential applications on targeted diseases treatment. By means of 2D and 3D lithography methods, microstructures with complex configurations can be fabricated for specific demands. Bovine and human sperm are both for the first time explored as drug carriers thanks to their high encapsulation efficiency of hydrophilic drugs, their powerful self-propulsion and their improved drug-uptake relying on the somatic-cell fusion ability. The hybrid micromotors containing drug loaded sperm and constructed artificial enhancements can be self-propelled by the sperm flagella and remotely guided and released to the target at high precision by employing weak external magnetic fields. As a result, micromotors based on both bovine and human sperm show significant anticancer effect. The application here can be further broadened to other biological environments, in particular to the blood stream, showing the potential on the treatment of blood diseases like blood clotting. Finally, to enhance the treatment efficiency, in particular to control sperm number and drug dose, three strategies are demonstrated to transport swarms of sperm. This research paves the way for the precision medicine based on engineered sperm-based micromotors
Psychische Störungen bei Frauen in Abhängigkeit von Alter und Beruf: Sekundäranalytische Untersuchung aller weiblichen erwerbstätigen Versicherten der AOK PLUS des Zeitraums 2007-2011
Get PDFDas Hauptanliegen dieser Arbeit besteht in der Erweiterung des Kenntnisstandes zur Bedeutung des Berufs im Hinblick auf Prävalenz bzw. Risiko einer Psychischen und Verhaltensstörung (PVS) bei Frauen. Es gibt zahlreiche deskriptive Aussagen von Krankenkassen zum Auftreten verschiedener Diagnosegruppen oder Einzeldiagnosen, die sich bezüglich der Berufe jedoch auf die Gesamtheit der PVS beschränken. Die Analysen im Rahmen dieser Arbeit beruhen auf den Daten der weiblichen Versicherten der AOK PLUS für die Jahre 2007 bis 2011 mit insgesamt 2.113.083 Versichertenjahren. Es werden inferenzstatistische Aussagen getroffen, die auf Ergebnissen explorativer Voranalysen beruhen.
Den berufsbezogenen Analysen werden zunächst Auswertungen zum Alter vorangestellt (Abschnitt 4). Erwartungsgemäß sind die Unterschiede zwischen den Altersgruppen für jede betrachtete Diagnosegruppe signifikant, jedoch weisen die Diagnosegruppen nicht dieselbe Altersabhängigkeit auf. Mit zunehmendem Alter zeigen sich zudem längere Erkrankungsdauern.
Die Berufe im Datenbestand der AOK PLUS sind mittels der Klassifikation KldB 1988 [1] codiert (ca. 330 3-Steller). Für die berufsbezogenen Analysen wird in Abschnitt 5 zunächst die Frage geklärt, ob sich mittels Aggregationen der 3-Steller eine geeignetere Systematik finden lässt. Bis auf die Zusammenfassung einiger weniger 3-Steller ist das nicht der Fall.
Basierend auf diesen Ergebnissen wird in Abschnitt 6 ein zweistufiges Vorgehen gewählt. In einem ersten Schritt werden für jede betrachtete PVS-Diagnose (bzw. Diagnosegruppe) die 21 Berufe mit den größten Quoten (AU-Personen pro 1.000 Versichertenjahre) ermittelt. Dabei werden zusätzlich altersstandardisierte Quoten berechnet. In einem zweiten Schritt werden die Ergebnisse des ersten Schrittes mittels Binärer Logistischer Regression (BLR) mathematisch-statistisch abgesichert. Dabei wird die Gesamtheit der nicht ausgewählten Berufe (also alle außer den 21) als Referenzgruppe verwendet. Für alle 21 ausgewählten Berufe werden dann die Odds Ratios gegenüber der Referenzgruppe in Verbindung mit einer Aussage zur Signifikanz ermittelt. Daraus resultiert schließlich eine Rangreihe der „Risikoberufe“, sortiert nach den unteren Grenzen der Konfidenzintervalle. Das Alter wird in diesem Schritt durch Einbezug als potentielle Einflussgröße berücksichtigt.
Die Ergebnisse (Abschnitte 6 und 7) zeigen, dass Frauen besonders von PVS betroffen sind, wenn sie als Schienenfahrzeugführer (711), Soldaten, Grenzschützer, Polizisten, Sicherheitskontrolleure (801, 803), Krankenversicherungsfachleute (693), Telefonisten (734) sowie als Fachschul-, Berufsschul- und Werklehrer (874) arbeiten. Für Einzeldiagnosen und Diagnosegruppen ergibt sich ebenfalls ein differenziertes Bild. Bei den Erkrankungsdauern in Abhängigkeit vom Beruf zeigen sich keine substantiellen Auffälligkeiten.:1 Einleitung 7
2 Problemlage und Fragestellungen 8
2.1 LITERATURÜBERSICHT 8
2.1.1 Allgemeine Aussagen und Kosten 8
2.1.2 Aussagen zu Diagnosegruppen und Einzeldiagnosen der PVS 10
2.1.3 Aussagen zum Alter 12
2.1.4 Aussagen zum Beruf 13
2.1.5 Berufe als Risikofaktor für psychische Fehlbelastung 19
2.1.6 Psychischen Gesundheit von Frauen: Der Beruf als Modulator 21
2.1.7 Gesamteinschätzung zum Kenntnisstand 21
2.2 FRAGESTELLUNGEN 23
2.2.1 Zum Alter 24
2.2.2 Zur Systematik der Berufe 25
2.2.3 Zum Beruf 26
2.2.4 Zur Relation der Frage- und Zielstellungen 26
3 Datenbasis und methodische Aspekte 27
3.1 DATENBASIS 27
3.2 INDIKATOREN, DESKRIPTIVE STATISTIKEN 28
3.3 SYSTEMATIK DER BERUFE 29
3.4 MATHEMATISCH-STATISTISCHE VERFAHREN 30
3.4.1 Altersstandardisierung 30
3.4.2 Chi-Quadrat- und MANTEL-HAENSZEL-Test 31
3.4.3 Binäre Logistische Regression (BLR) 31
3.4.4 Mathematisch-statistische Aussagen zu Erkrankungsdauern 33
3.4.5 Signifikanzniveau und Darstellung von Signifikanzaussagen 35
4 F-Diagnosen und Z73 nach Alter 36
4.1 BETROFFENENQUOTEN 36
4.2 ERKRANKUNGSDAUERN 39
5 Systematiken zum Beruf im Vergleich 43
5.1 BERUFSORDNUNG 44
5.2 SYSTEMATIK NACH BLOSSFELD 45
5.3 ZUSAMMENGEFASSTE BERUFSGRUPPEN NACH SUGA 46
5.4 BERUFSGRUPPEN 47
5.5 PARTIELL AGGREGIERTE BERUFE 48
6 F-Diagnosen und Z73 nach Beruf und Alter 49
6.1 DIAGNOSEHAUPTGRUPPE F00-99 PSYCHISCHE UND VERHALTENSSTÖRUNGEN 49
6.1.1 AU-Personen 49
6.1.2 Erkrankungsdauern 54
6.2 DIAGNOSEGRUPPEN IM VERGLEICH 55
6.3 DIAGNOSEGRUPPE F10-19 PSYCHISCHE UND VERHALTENSSTÖRUNGEN DURCH PSYCHOTROPE SUBSTANZEN 56
6.3.1 Gesamtgruppe F10-19 – AU-Personen 56
6.3.2 Diagnosen F10 und F17 – AU-Personen 59
6.3.3 AU-Personen – die auffälligsten Berufe 60
6.3.4 Erkrankungsdauern 61
6.4 DIAGNOSEGRUPPE F30-39 AFFEKTIVE STÖRUNGEN 62
6.4.1 Gesamtgruppe F30-39 – AU-Personen 62
6.4.2 Diagnosen F32 und F33 – AU-Personen 64
6.4.3 AU-Personen – die auffälligsten Berufe 66
6.4.4 Erkrankungsdauern 66
6.5 DIAGNOSEGRUPPE F40-48 NEUROTISCHE, BELASTUNGS- UND SOMATOFORME STÖRUNGEN 68
6.5.1 Gesamtgruppe F40-48 – AU-Personen 68
6.5.2 Diagnosen F41, F43, F45, F48 – AU-Personen 70
6.5.3 AU-Personen – die auffälligsten Berufe 73
6.5.4 Erkrankungsdauern 74
6.6 DIAGNOSE Z73 PROBLEME BEI DER LEBENSBEWÄLTIGUNG (BURN-OUT) 75
6.6.1 AU-Personen 75
6.6.2 Erkrankungsdauern 76
6.7 AU-PERSONEN – DIE AUFFÄLLIGSTEN BERUFE IM GESAMTKONTEXT 77
7 Diskussion der Ergebnisse 83
7.1 METHODISCHE ASPEKTE 83
7.1.1 Einordnung der Analysen im Sinne der Epidemiologie 83
7.1.2 Bezugsbasis Versichertenjahre versus Versicherte 85
7.1.3 Zur Altersstandardisierung 86
7.1.4 Zur Binären Logistischen Regression 88
7.1.5 Binäre logistische Regression versus MANTEL-HAENSZEL Test und Anmerkungen zum Signifikanzniveau 89
7.1.6 Zur Auswahl der Zielgrößen AU-Personen und Erkrankungsdauern 89
7.2 INHALTLICHE ASPEKTE 91
7.2.1 Zum Alter 91
7.2.1.1 Betroffenenquoten 91
7.2.1.2 Erkrankungsdauern 92
7.2.2 Zu den Berufen 93
7.2.2.1 Zu F00-99 – Gesamtheit der PVS – Erkrankungsrisiko 93
7.2.2.2 Zu F00-99 – Gesamtheit der PVS – Erkrankungsdauern 98
7.2.2.3 Zu den Diagnosegruppen F30-39 Affektive Störungen und F40-48 Neurotische, Belastungs- und somatoforme Störungen – Erkrankungsrisiko 99
7.2.2.4 Zur Diagnose F10 PVS durch Alkohol – Erkrankungsrisiko 103
7.2.2.5 Zur Diagnose F17 – PVS durch Tabak 106
7.2.2.6 Zu Diagnose Z73 – Burn-out-Syndrom 108
7.2.3 Zusammenfassung 109
7.3 AUSBLICK 110
8 Literatur 112
9 Verzeichnis der Abkürzungen 122
10 Verzeichnis der Abbildungen 124
11 Verzeichnis der Tabellen 126
Anlagen 12
Simulation des Wälzschleifens und dessen Einfluss auf die Flankentopografie und Verzahnungsakustik
No full textIn der vorliegenden Arbeit wird ein Simulationsmodell entwickelt und validiert, welches die Hartfeinbearbeitung von Zahnrädern durch kontinuierliches Wälzschleifen abbildet. Dabei liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der in fehlerbehafteten Prozessen erzeugten Flankentopografie und deren Bewertung hinsichtlich periodischer Strukturierung und des daraus resultierenden Einflusses auf den Drehfehler. Bei der Betrachtung verschiedener Prozessabweichungen zeigt sich eine starke Abhängigkeit der erzeugten Flankentopografien von verschiedenen Prozessparametern. Die simulativ erzeugten Flanken werden
bezüglich periodischer Anteile der Strukturierung mit neuen Methoden analysiert und unter Berücksichtigung aller Zähne in einer Drehfehlersimulation hinsichtlich des Einflusses auf den Drehfehler bewertet. Zur Validierung des Simulationsmodells wird die Fertigung mit gezielter Schwingungsüberlagerung genutzt und Vergleiche sowohl bezüglich der erzeugten Flankentopografie als auch des Drehfehlers gezogen.:1 Einleitung
2 Stand der Wissenschaft und Technik
3 Ziel und Struktur der Arbeit
4 Analyse von periodisch strukturierten Zahnflankentopografien
5 Simulationsmodell
6 Simulationsergebnisse
7 Validierung anhand von Versuchen
8 Zusammenfassung und AusblickIn this thesis a simulation model representing the hard fine machining of gears by continuous gear grinding is developed and validated. Special emphasis is put on the flank topography generated in faulty processes and its evaluation with respect to periodic structuring and the resulting influence on the transmission error in gear mesh. When considering different process deviations, a strong dependence of the generated flank topographies on different process parameters becomes apparent. The simulated flanks are analysed with new methods regarding periodic parts of the structuring and are evaluated in a gear mesh simulation regarding the influence on the transmission error, taking all teeth into account. For the validation of the simulation model, the manufacturing with targeted vibration superposition is used and comparisons are made with regard to the generated flank topography
as well as the transmission error.:1 Einleitung
2 Stand der Wissenschaft und Technik
3 Ziel und Struktur der Arbeit
4 Analyse von periodisch strukturierten Zahnflankentopografien
5 Simulationsmodell
6 Simulationsergebnisse
7 Validierung anhand von Versuchen
8 Zusammenfassung und Ausblic