Ministry for Environment, Agriculture, Conservation and Consumer Protection
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Lernen aus Demonstrationen in Handhabungsprozessen
No full textProcesses in material handling must be flexible and easily adaptable. It is simple for a human to learn to grasp a box from a shelf. To teach a robot to do the same requires programming skills and therefore skilled personnel. Because of this the Learning from Demonstration (LfD) approach is gaining importance in recent years. A robot learns from a human demonstrating a task and then reproduces it in new situations. In the area of material handling many situations could benefit from the use of robots, but the implementation often fails because of complex programming or the lack of flexibility of the automated solutions. Therefore, a framework is presented, that is tailored to these specific requirements. The 5+5 Steps of the Material Handling Loop propose that most tasks in material handling can be segmented into simpler rules. Each of these tasks consist of picking up an object from a source, moving it to a sink and placing it down again. The flexibility of this approach was investigated in two experimental series. While there are still some short-comings and open issues, it is shown, that this framework enables adaptive and flexible applications for LfD in material handling processes.Prozesse in der Materialhandhabung müssen flexibel und leicht anpassbar sein. Ein Mensch kann einfach lernen, eine Kiste aus einem Regal zu greifen. Einem Roboter dasselbe beizubringen, erfordert Programmierkenntnisse und daher Fachpersonal. Aus diesem Grund gewinnt der Ansatz des Lernens von Demonstration (LfD) in letzter Zeit an Bedeutung. Der Roboter lernt von einem Menschen, der die Aufgabe vorführt, und reproduziert sie dann in neuen Situationen. Im Bereich der Materialhandhabung gibt es viele Situationen, die vom Einsatz von Robotern profitieren könnten, aber die Umsetzung scheitert oft an komplexer Programmierung oder mangelnder Flexibilität der automatisierten Lösungen. Daher wird ein Framework vorgestellt, das auf diese spezifischen Anforderungen zugeschnitten ist. Die 5+5 Schritte des Material-Handling-Loops basieren auf der Annahme, dass die meisten Aufgaben in der Handhabung in einfachere Regeln unterteilt werden können. Für jede Aufgabe muss ein Objekt in einer Quelle aufgenommen werden, zu einer Senke transportiert und dort wieder abgelegt werden. Die Flexibilität dieses Ansatzes wurde in zwei Versuchsreihen untersucht. Obwohl es noch Verbesserungspotentiale gibt, konnte gezeigt werden, dass dieses Framework adaptive und flexible Anwendungen für das LfD in Materialhandhabungsprozessen ermöglicht
Evaluation of Multi-Agent Path Finding Methods for their Application in Robotized Logistics Systems.
No full textSeit einigen Jahren existieren Logistiksysteme, in denen hunderte Autonome Mobile Roboter für die Kommissionierung oder Sortierung eingesetzt werden. Die Pfadplanung für die in diesen Systemen navigierenden Roboter ist ein aktuelles Problem, für dessen Lösung seit geraumer Zeit Multi-Agent Path Finding (MAPF) Verfahren verwendet werden. Bisher besteht jedoch kein Konsens darüber, welche Bewertungskriterien es erlauben, die Eignung einer MAPF-Methode für eine bestimmte Anwendung abzuschätzen. In dieser Arbeit leiten wir daher qualitative Bewertungskriterien her (Skalierbarkeit, Konfliktmanagement und Lösungsqualität), die eine solche Eignungsbeurteilung ermöglichen. Unter Verwendung dieser Kriterien stellen wir fest, dass für Robotic Mobile Fulfillment Systeme die Priority Based Search geeignet ist, während in robotisierten Sortiersystemen die Explicit Estimation Conflict Based Search zweckmäßig ist. Für roboterbasierte Produktionsversorgung wiederum, empfehlen wir die Conflict Based Search.In recent time, logistics systems have been in place in which hundreds of autonomous mobile robots are used for tasks such as picking or sorting. Path planning for the robots navigating in these systems is still a relevant problem, for which Multi-Agent Path Finding (MAPF) methods have been considered for some time. However, there has been no consensus on which evaluation criteria allow for estimating the suitability of a MAPF method for a particular application. In this work, we therefore derive qualitative evaluation criteria (scalability, conflict management, and solution quality), that enable such a suitability assessment. We use these criteria to find that Priority Based Search is suitable for Robotic Mobile Fulfillment systems, while Explicit Estimation Conflict Based Search is appropriate in robotic sorting systems. For robotic-based production logistics, we recommend the Conflict Based Search algorithm
Vergleich verschiedener 2D Kartenerstellungsverfahren unter Verwendung praxisorientierter Evaluationskriterien
No full textA key aspect of the precision of a mobile robot’s localization is the quality and aptness of the map it is using. A variety of mapping approaches are available that can be employed to create such maps with varying degrees of effort, hardware requirements and quality of the resulting maps. To create a better understanding of the applicability of these different approaches to specific applications, this paper evaluates and compares three different mapping approaches based on simultaneous localization and mapping, terrestrial laser scanning as well as publicly accessible building contours.Ein wichtiger Aspekt für die präzise Lokalisierung von mobilen Robotern ist die Qualität und Eignung der verwendeten Karte. Eine Vielzahl von Ansätzen stehen zur Erzeugung solcher Karten zur Verfügung, die in Punkten wie Aufwand, benötigter Hardware und nicht zuletzt der Qualität ihrer Ergebnisse teils stark variieren. Um ein besseres Verständnis von diesen Ansätzen und deren Eignung für konkrete Anwendung zu schaffen, werden in dieser Arbeit drei verschiedene Ansätze evaluiert und miteinander verglichen: SLAM, Terrestrischer Laser Scanner und öffentlich verfügbare Gebäudekonturen
The Birth and Rebirth of Fabiola, Patron Saint of Nursing: Hagiography, Female Piety and Salvation Through Care of the Sick in the Fourth and Nineteenth Centuries
No full textThis paper explores Belgian artist Francis Alÿs’ accidental discovery that Fabiola, the first patron saint of nursing, was a popular subject for amateur painters in the late nineteenth and early twentieth centuries. This discovery led to Alÿs’ contemporary artwork entitled The Fabiola Project, which consists of more than 500 found amateur reproductions of the 1885 portrait of the saint by French artist Jean-Jacques Henner. Fabiola’s nineteenth-century popularity arose as a result of a wildly popular novel by Cardinal Nicholas Wiseman, Fabiola; or, The Church of the Catacombs, which was published in 1854 in the midst of the Crimean War (1853–56). Wiseman’s exciting story and Henner’s serene image combined to make the long-forgotten figure of Fabiola material, establishing her as a familiar and popular nineteenth-century trope. Taking a material culture perspective on the nineteenth-century resurrection of Fabiola through both fiction and portraiture, it is argued that the Fabiola story reveals both the longevity and political utility of pious female archetypes. The paper discusses the life of Fabiola, as told by Jerome, focusing on the radical nature of her devotion to the physical care of the sick as an advanced form of asceticism and feminized religious practice. Picking up this thread on religious self-shaping through the work of care of the sick, it then turns to the resurgence of interest in Fabiola in the context of nineteenth-century debates by churchmen on both sides of the confessional divide concerning the appropriate expression of female piety. It argues that The Fabiola Project reveals an archive of devotion to the rehabilitated saint, whose popularity in fiction and visual culture provides a rare insight into the energizing of a Catholic ideal for nineteenth-century women as active workers and nurses to the sick poor
Measurements with UAS support access to public space with digital images
No full textDie digitale Erschließung von Räumen innerhalb der Stadt Hannover mittels digitalem Abbild ermöglicht es, Nutzungsbedarfe dieser Räume bedarfsgerechter und effizienter zu decken. Die Erstellung eines digitalen Abbilds, welches neue Möglichkeiten für den Zugang zum öffentlichen Raum erschließt, erfordert den Einsatz verschiedener Sensorik wie beispielsweise LiDAR-Sensoren und Tracking-Kameras zur 3D-Vermessung. Zur Auswahl geeigneter und mittels Multikopter einsetzbarer Sensoren, werden zunächst Anforderungen an das Gesamtsystem definiert, welche in Funktionsanforderungen für die Sensorik abgeleitet werden. Anschließend wird der Erfüllungsgrad der Funktionsanforderungen durch die unterschiedlichen Sensoren zunächst simulativ und anschließend praktisch ermittelt.The digital development of spaces within the city of Hannover by means of a digital image makes it possible to cover the usage needs of spaces more efficiently and in line with the requirements. The crea-tion of a digital image, which develops new possibilities for access to public space, requires the use of different sensors such as LiDAR sensors and tracking cameras. In order to select suitable sensors that can be used with UAS, the requirements for the overall system are first defined, which are derived in functional requirements for the sensor technology. Subsequently, the degree of fulfilment of the functional requirements by the different sensor
A key performance indicator system for the systematic evaluation of simulation results as a basis for energy-efficient industrial cluster optimization
No full textAktuelle Krisen wie weltweit gestörte Lieferketten, steigende Energiepreise und nicht zuletzt der Klimawandel führen einmal mehr vor Augen, wie wichtig der effiziente Umgang mit Ressourcen und insbesondere mit Energie ist. Industrielle Symbiose (IS) verfolgt das Ziel, mithilfe energetisch-stofflicher Austauschbeziehungen innerhalb von Eco-Industrial Parks (EIP) die Ressourceneffizienz zu erhöhen und somit einen wichtigen Beitrag zur Minderung der eingangs genannten Probleme beizusteuern. In der Literatur gibt es eine Vielzahl von Ansätzen, mit denen IS-Maßnahmen untersucht und optimiert werden. Diese unterscheiden sich stark hinsichtlich ihres Betrachtungsumfangs und des Detaillierungsgrades, mit dem die einzelnen Prozesse analysiert und geplant werden. Aufgrund der Komplexität der Zusammenhänge innerhalb eines EIP sind Simulationen hilfreich. Diese sind jedoch meist speziell auf einen konkreten EIP zugeschnitten und lassen sich nicht ohne Weiteres auf andere EIPs anwenden. Im Rahmen aufeinanderfolgender EIP-Projekte an der TU Dresden werden deshalb Simulationsmodelle sowie eine automatisierte Optimierung der Austauschbeziehungen für die Anwendung auf unterschiedliche EIPs entwickelt. Für die Optimierung ist die Bewertung der Simulationsergebnisse unerlässlich. Aus diesem Grund wird in diesem Beitrag eine Methode zu systematischen Bewertung von Simulationsläufen möglicher Konstellationen an Symbiosen vorgestellt. Hierbei werden auch unterschiedliche Betrachtungsschwerpunkte durch eine Gewichtung der Bewertungsparameter berücksichtigt.Current crises such as globally disrupted supply chains, rising energy prices and, of course, climate change demonstrate once again how important it is to use resources, and energy in particular, efficiently. Industrial symbiosis (IS) aims at increasing resource efficiency by means of energy-material exchange relationships within Eco-Industrial Parks (EIP) and thus contributes to the reduction of the problems mentioned above. In the literature, there is a variety of approaches to investigate and optimize IS measures. These differ significantly in terms of their scope of consideration and the level of detail with which the individual processes are analyzed or planned. Due to the complexity of the interrelationships within an EIP, simulations are helpful. However, these are usually designed for a specific EIP and cannot be applied to other EIPs without further effort. In the context of successive EIP projects at the TU Dresden, simulation models and an automated optimization of the exchange relationships are therefore being developed for application to different EIPs. The evaluation of simulation results is essential for optimization. For this reason, this paper presents a method for the systematic evaluation of simulation runs of possible constellations of symbioses. In this context, different focus areas are also taken into consideration by weighting the evaluation parameters
Technologieakzeptanz von virtuellen Lern- und Arbeitsumgebungen
No full textMit dem Einsatz innovativer Technologien in Lern- und Arbeitsprozessen werden vor dem Hintergrund der Digitalisierung und Industrie 4.0 multiple Potenziale verbunden. Insbesondere immersive virtuelle Lern- und Arbeitsumgebungen (Virtual Reality, kurz IVR) bieten vielversprechende Möglichkeiten, um das Lernen und Arbeiten gewinnbringend zu unterstützen. Unter IVR werden computergenerierte Darstellungen verstanden, welche dreidimensional und interaktiv sind. Die Nutzenden können über natürliche Benutzerschnittstellen regelrecht in die virtuelle Umgebung „eintauchen“. Der in der Arbeit bilanzierte Forschungsstand zeigt, dass zu Beginn der Forschungsbemühungen allerdings nur wenig über die Technologieakzeptanz von IVR und den entsprechenden fördernden und hemmenden Faktoren bekannt ist. Unter der Technologieakzeptanz wird die „positive Annahmeentscheidung einer Innovation durch die [Anwenderinnen und] Anwender“ (Simon, 2001, S. 89) verstanden. In Anbetracht dieser Forschungslücke besteht das zentrale Forschungsvorhaben der vorliegenden Arbeit deshalb in der Generierung eines Beschreibungs- und Erklärungswissens zur Technologieakzeptanz von IVR bei (potenziellen) Nutzerinnen und Nutzern.
Ein theoretischer Rahmen zur Digitalisierung der Arbeitswelt, zu Virtual Reality Technologien und zur Technologieakzeptanz sowie eine Übersicht über den entsprechenden empirischen Forschungsstand führen in die Thematik ein. Die Arbeit umfasst vier empirische Studien zur Untersuchung der Technologieakzeptanz von IVR. In der ersten Studie werden die theoretischen Annahmen des Technology Acceptance Models (TAM) in Bezug auf die Technologieakzeptanz von IVR empirisch geprüft. Das TAM geht davon aus, dass die Nutzungsintention von Informationstechnologien hauptsächlich von der wahrgenommenen Nützlichkeit und Benutzerfreundlichkeit beeinflusst wird. Studie 1 untersucht in diesem Zusammenhang die Technologieakzeptanz und die nutzerbezogenen Faktoren Alter und Vorerfahrung mit der Technologie im Rahmen einer quantitativen Fragebogenerhebung mit (potenziellen) Nutzerinnen und Nutzern von IVR. Die zweite Studie fokussiert die Technologieakzeptanz eines virtuellen Verkaufsraums und bezieht neben den Kernfaktoren des TAM die soziale Norm, wahrgenommene Verhaltenskontrolle sowie die organisationsbezogenen Faktoren Unterstützung durch die Führung, Anwendertraining und Anwendersupport in die Betrachtung ein. Die Datenerhebung erfolgt ebenfalls mittels eines quantitativen Fragebogens. In der dritten Studie wird eine virtuelle Lernanwendung für Bedienerschulungen formativ im Hinblick auf die Technologieakzeptanz, User Experience und den Lerntransfer von virtuell gelerntem Handlungswissen auf reale Tätigkeiten mittels einer qualitativen Videoanalyse evaluiert. Die vierte Studie zielt auf die Identifikation von weiteren nutzerbezogenen, organisationsbezogenen und insbesondere technologiespezifischen fördernden und hemmenden Faktoren im Rahmen einer qualitativen Interviewstudie mit Experten ab.
Die Ergebnisse zeigen, dass das TAM auch als geeignete Grundlage zur Untersuchung der Technologieakzeptanz von IVR herangezogen werden kann und die wahrgenommene Nützlichkeit sowie Benutzerfreundlichkeit einen Einfluss auf die Nutzungsintention haben (Studie 1). Ebenso beeinflusst die wahrgenommene Verhaltenskontrolle die Nutzungsintention und die organisationalen Faktoren hängen positiv mit den TAM-Faktoren zusammen (Studie 2). Es wird verdeutlicht, dass mit der Untersuchung innovativer Technologien auch neuartige methodische Zugänge in Forschungsbemühungen einhergehen müssen (Studie 3). Weitere nutzerbezogene, organisationsbezogene und technologiespezifische Einflussfaktoren auf die Technologieakzeptanz werden für den Einsatz von IVR in Lehr-Lernkontexten identifiziert (Studie 4).
Zusammenfassend lassen sich auf der Basis der eigenen Forschungsergebnisse und unter Berücksichtigung der Limitationen praxisrelevante Ansatzpunkte zur Steigerung der Technologieakzeptanz von IVR ableiten.In the context of digitalisation and Industry 4.0, the use of innovative technologies in learning and working processes is associated with multiple potentials. In particular, immersive virtual environments (Virtual Reality, IVR) offer promising possibilities to support learning and working. IVR refers to computer-generated representations that are three-dimensional and interactive. Users can literally "immerse" themselves in a virtual environment via natural user interfaces. However, the state of current research as outlined in the thesis shows that only a little is known about the technology acceptance of IVR and the corresponding promoting and inhibiting factors. Technology acceptance is understood as users‘ positive adoption decision of an innovation (Simon, 2001). Therefore, the central research aim of the present work is to generate descriptive and explanatory knowledge on the technology acceptance of IVR among (potential) users.
A theoretical framework on digitalisation processes, virtual reality technologies and technology acceptance, as well as an overview of the corresponding empirical state of research introduce the topic. The thesis includes four empirical studies to investigate the technology acceptance of IVR. In the first study, the theoretical assumptions of the Technology Acceptance Model (TAM) are empirically tested with regard to the technology acceptance of IVR. The TAM assumes that the intention to use information technologies is mainly influenced by perceived usefulness and ease of use. In this context, study 1 investigates technology acceptance and the user-related factors of age and previous experience with the technology in the context of a quantitative questionnaire survey with (potential) users of IVR. The second study focuses on the technology acceptance of a virtual sales room and, in addition to the core factors of the TAM, includes the social norm and perceived behavioural control, as well as the organisational factors of support by management, user training and user support. Data collection is also carried out by means of a quantitative questionnaire. In the third study, a virtual learning application for operator training is formatively evaluated with regard to technology acceptance, user experience and the learning transfer of virtually learned action knowledge to real activities by means of a qualitative video analysis. The fourth study aims to identify further user-related, organizational and, in particular, technology-specific facilitating and inhibiting factors within qualitative interviews with experts.
The results show that the TAM can also be used as a suitable basis for investigating the technology acceptance of IVR and that perceived usefulness and ease of use have an influence on the intention to use (Study 1). Similarly, perceived behavioural control influences usage intention and organisational factors are positively related to TAM factors (Study 2). It is made clear that the study of innovative technologies must be accompanied by novel methodological approaches in research efforts (Study 3). Further user-related, organisational and technology- specific factors influencing technology acceptance are identified for the use of IVR in teaching- learning contexts (Study 4).
In summary, practice-relevant aspects for increasing the technology acceptance of IVR can be derived on the basis of the research results and taking into account the limitations
