University of Kaiserslautern
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Learning-based Dynamic Risk Indicators (LADRI) for Risk Prediction in Automated Driving Systems
Get PDFAs Automated Driving Systems revolutionize the intelligent transportation landscape, ensuring unparalleled safety becomes increasingly essential. Moreover, as automation levels rise, the responsibility for safety shifts from the driver to the system developers. This transition necessitates a reevaluation of safety assumptions and the creation of a risk assessment framework to assess system failures within an ADS.
The challenges of continuous risk assessment and early hazard identification for ADS is multifaceted. Firstly, it is crucial to achieve comprehensive scenario coverage, as current standards often focus on a limited set of predefined conditions and may not encompass the wide range of potential real-world scenarios an ADS might encounter. Secondly, integrating complex system interactions is challenging because traditional approaches may not fully account for the detailed interactions among various ADS subsystems or effectively analyze the associated risks. Thirdly, integrating and analyzing diverse data streams is essential but challenging, and current frameworks may not adequately address this aspect. Lastly, validation under various operational conditions and continuous model improvement is vital, with standard validation processes potentially not accounting adequately for the wide variability in operational conditions faced by ADS and failing to specify measures for open traffic scenarios.
The LeArning-based Dynamic Risk Indicators (LADRI) framework addresses these challenges, aiding safety engineers in early hazard detection for ADS development. It employs a Plan-Do-Train-Adjust-Assess cyclic process, enabling continuous improvement in risk assessment across diverse dynamic driving conditions. This approach leverages advanced learning algorithms and incorporates risk-specific context information from both the operational environment and the ADS itself, providing runtime contextual insights for the model to accurately predict severity and controllability indicators. This strategy bridges traditional gaps in risk assessment by allowing the evaluation of severity and controllability to adapt to different dynamic environments, instead of relying on subjective judgment. By monitoring the risk spectrum during driving operations, safety engineers can identify specific risk profiles, thereby enhancing safety mechanisms for subsequent iterations of risk assessment. Iteratively applying this framework allows developers to transition from unknown-unsafe regions to known-safe regions, thus progressively enhancing safety.
A use case of Highway-Lane Following with Adaptive Cruise Control (ACC) functionality is utilized, creating extensive testing across a variety of driving scenarios, on different road shapes under diverse conditions, which has demonstrated the framework's robust capability for accurate risk prediction. The analysis underscores the importance of integrating time-based, distance-based, and impact-based risk features for a comprehensive risk assessment. These findings, supported by comprehensive model performance metrics and evaluations, position the LADRI framework as an advanced tool to enhance the risk assessment process.Mit der Revolutionierung des intelligenten Verkehrswesens durch Automatisierte Fahrsysteme (AFS) wird die Gewährleistung beispielloser Sicherheit zunehmend unerlässlich. Mit steigendem Automatisierungsgrad verlagert sich die Sicherheitsverantwortung von den Fahrern auf die Systementwickler. Dies erfordert eine Neubewertung der Sicherheitsannahmen und die Entwicklung eines Rahmens zur Risikobewertung von Systemausfällen innerhalb eines AFS.
Die kontinuierliche Risikobewertung und frühzeitige Gefahrenerkennung für AFS bringt vielschichtige Herausforderungen mit sich. Erstens fehlt eine umfassende Abdeckung potenzieller Szenarien. Aktuelle Standards berücksichtigen oft nur begrenzte, vordefinierte Bedingungen, was reale Herausforderungen unzureichend abdeckt. Zweitens sind komplexe Interaktionen zwischen AFS-Teilsystemen schwer zu integrieren, da herkömmliche Ansätze nicht die ganzheitliche Analyse dieser Interaktionen ermöglichen. Drittens bleibt die Nutzung und Analyse diverser Datenströme unzureichend, obwohl diese für eine präzise Risikobewertung essenziell ist. Viertens mangelt es an standardisierten Validierungsverfahren, die die Variabilität der AFS-Betriebsbedingungen oder offene Verkehrsszenarien berücksichtigen.
Das LeArning-basierte Dynamische Risikoindikatoren (LADRI)-Rahmenkonzept adressiert diese Herausforderungen und unterstützt die frühzeitige Gefahrenerkennung in AFS. Mithilfe eines Plan-Do-Train-Adjust-Assess-Zyklus wird eine kontinuierliche Verbesserung der Risikobewertung unter verschiedenen dynamischen Fahrbedingungen ermöglicht. Dieser Ansatz nutzt fortschrittliche Lernalgorithmen und integriert risikospezifische Kontextinformationen aus der Umgebung sowie dem Fahrzeug selbst, um Laufzeitkontextdaten zu liefern. So können Schweregrad- und Kontrollindikatoren präzise vorhergesagt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden überbrückt LADRI bestehende Lücken, indem es die Anpassung der Risikobewertung an dynamische Umgebungen statt subjektiver Urteile ermöglicht. Die Risikoüberwachung während des Fahrzeugbetriebs erlaubt die Identifikation spezifischer Risikoprofile, was die Weiterentwicklung von Sicherheitsmechanismen in iterativen Prozessen unterstützt. Dadurch können unsichere Szenarien sukzessive in sichere überführt werden.
Ein Anwendungsfall von Highway-Lane Following mit adaptiver Tempomat-Funktionalität wurde genutzt, um die Fähigkeiten des LADRI-Konzepts zu demonstrieren. Tests unter vielfältigen Fahrszenarien und Bedingungen verdeutlichen die robuste Fähigkeit zur genauen Risikovorhersage. Die Analyse unterstreicht die Relevanz der Integration zeit-, distanz- und wirkungsbasierter Merkmale für eine umfassende Risikobewertung. Diese Ergebnisse, gestützt auf umfassende Metriken und Evaluationen, etablieren das LADRI-Rahmenkonzept als fortschrittliches Werkzeug zur Verbesserung des Risikobewertungsprozesses
Zur Problematik der Gestaltung vertraglicher Sorgfaltspflichten in der Zusammenarbeit mit Zulieferern aus dem Mittelstand (unter 1000 Mitarbeiter)
Get PDFSpätestens seit der Ausrufung des European Green Deal
im Jahr 2019 und der
Verordnung zum Europäischen Klimagesetz 2021 durch die Organe der Europäischen Union (kurz: EU) hat die nachhaltigkeitsbezogene Gesetzgebung für Unternehmen in der EU massiv an Bedeutung gewonnen.
Seitdem sind eine ganze Reihe weiterer EU-Richtlinien und EU-Verordnungen,
aber auch nationale Gesetze entstanden, die eine klimaneutrale Wachstumsstrategie für Europa vorantreiben und zugleich Menschen weltweit vor umweltbedingten Risiken schützen sollen. Zugrunde liegt dem Europäischen Klimagesetz das
Vorsorge- und Verursacherprinzip. Sein Zweck ist die Sicherung der natürlichen
Ressourcen Europas. Darüber hinaus wird eine Vorbildfunktion für andere Kontinente angestrebt.
Zudem stellt die Umsetzung der ESG
-Gesetzgebung für EU-ansässige Unternehmen eine zentrale Herausforderung der nächsten Jahre dar. So ist mit dem Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz (im Folgenden: LkSG) in Deutschland eine Norm
geschaffen worden, die Dienstleistungs- oder produzierenden Unternehmen Verantwortung für die Einhaltung von Menschenrechten und Umweltstandards in der
gesamten Lieferkette überträgt. Vergleichbare Lieferkettengesetze existieren in
anderen Ländern bereits, so zum Beispiel das 2017 in Frankreich erlassene Devoir
de vigilance
Populäre Bildkulturen der Vormoderne : Prozesse der Produktion, Distribution und Rezeption
Get PDFDie Auseinandersetzung mit Ausdrucksformen von Popularität steht seit einigen Jahren vermehrt im Fokus der kulturwissenschaftlichen Forschung. Ausgehend von der Gegenwärtigkeit und Ubiquität der Populärkultur – gemeinhin als Proprium der Modernität verstanden und gedacht – fragt der vorliegende Sammelband erstmals grundsätzlich nach der Applizierbarkeit der Kategorie „populär“ auf die Epochen Mittelalter und Frühe Neuzeit. Die zeitgenössische Theoriebildung zur Popkultur bildet den Ausgangspunkt für die versammelten Beiträge, in interdisziplinärer Perspektive sowohl auf übergreifend theoretisch-methodischer Ebene als auch in Form von Fallstudien Popularisierungsprozesse zu beleuchten. Im Zentrum stehen dabei insbesondere visuelle Artefakte und Phänomene, die hinsichtlich ihrer Distribution, Reproduktion, Variation und Serialisierung thematisiert werden. Angerissen werden Aspekte der Politisierung des Populären, seiner normierenden Wirkmacht sowie seines anarchischen Potenzials
Folgen der Datafizierung von Entscheidungsprozessen für die Rolle von Führung
Get PDFEin Trend in der Organisationswelt ist die Tendenz, Entscheidungen an quantitative Daten zu koppeln. Durch die zunehmende Digitalisierung lassen sich immer mehr Aspekte des Organisationslebens in Daten ausdrücken, was viele Organisationen zu der Annahme führt, durch datenbasierte Entscheidungen die Entscheidungsqualität erhöhen zu können. Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen dieser Entwicklung auf die Rolle von Führungskräften. Dafür werden – neben einer grundlegenden organisationstheoretischen Erfassung des Konzepts datenbasierter Entscheidungen – die Implikationen an Daten gekoppelter Entscheidungen auf die Aufgabenfelder von Führungskräften entlang der drei Aufgabenfelder Strategie und Ausrichtung, Mitarbeiterführung sowie Außenvertretung untersucht. Aus der Untersuchung werden zehn Hypothesen zum Einfluss datenbasierter Entscheidungen auf Führung abgeleitet. Dabei wird gezeigt, dass die Einführung datenbasierter Entscheidungsprozesse eine Vielzahl informaler Folgeeffekte nach sich zieht, etwa eine potenzielle Schwächung der Durchsetzungsfähigkeit von Führungskräften gegenüber ihren Mitarbeitenden durch eine höhere Begründungspflichtigkeit von Entscheidungen, eine Machtverschiebung hin zu Zentralabteilungen oder eine Verschiebung des Betrachtungsfokus bei Entscheidungen hin zu quantifizierbaren Faktoren und bestehenden Prämissen
Advanced Methods for Model-Driven Safety Analysis and Verification
Get PDFThe semiconductor industry is experiencing rapid growth, which is driving the need for innovative development methodologies, particularly in the digital design domain. In addition to ensuring correct behavior, designers must guarantee that the chips operate at predefined levels of reliability when used in automotive products. Safety considerations have become an integral part of the development process following the adoption of the ISO 26262 safety standard
for automotive safety-critical systems. ISO 26262 ensures that these systems behave according to required safety levels by mitigating the risk of hazardous malfunctions. The standard recommends fault injection to verify and analyze safety-critical systems; however, this process often proves to be laborious and error-prone. To combat these challenges, advanced and automated methods are required. Accordingly, this thesis automates the safety verification process,
utilizing model-driven architecture principles to enhance productivity, quality, and reliability.
The thesis proposes the generation of mixed-granularity models to represent designs, where gate-level models represent safety-critical components and Register-Transfer Level (RTL) represents the rest of the design. The mixed-granularity model is achieved through model transformation, and formal equivalence checks are applied during this process to ensure the correctness
of the transformation. This approach also enables fault injection directly into the design, reducing the overhead caused by the use of additional fault injection tools. The absence of bugs of this process is guaranteed by equivalence check. Furthermore, the ability to inject faults
at the design level has enabled the development of a novel fault emulation framework utilizing FPGAs. This proposed framework scales well to large hardware designs and has been
successfully applied to several RISC-V based CPU subsystems with a runtime advantage over traditional simulation-based fault injection frameworks. Moreover, an automated flow based on formal methods has been developed that verifies the functionality of design hardening mechanisms and their integration into processor designs. This flow delivers high-quality verification
results without requiring white-box design knowledge. Furthermore, the thesis introduces an
automated and efficient approach for generating Software-Based Self Tests (SBST) tailored for
RISC-V processor cores. This method involves testing processor cores through instructions,
providing a viable alternative to hardware-centric solutions. Additionally, the SBST is combined with a novel Program Flow Checking (PFC) technique to achieve high fault coverage and
high fault detection rates that comply with ISO 26262 requirements. The proposed PFC is a
mixed hardware/software solution that detects faults by monitoring program flow execution.
The proposed solutions have proven to be effective in numerous industrial designs. The
achieved results demonstrate that automated approaches significantly reduce development costs
and are less susceptible to errors. Through a holistic generation flow, multiple safety verification
techniques have been explored, encompassing methods based on simulation, emulation, and
formal verification
Handlungssicherheit für Mitarbeitende in der Eingliederungshilfe
Get PDFDie Handlungssicherheit der Mitarbeitenden spielt eine entscheidende Rolle in der Eingliederungshilfe im Rahmen der zivilrechtlichen Unterbringung nach §1831 BGB. Diese literaturbasierte Ausarbeitung identifiziert förderliche Faktoren, sowie Herausforderungen und Barrieren, die Auswirkungen auf die Handlungssicherheit der Mitarbeitenden in einer Eingliederungshilfeeinrichtung haben. Ansätze der Organisationsberatung werden vorgestellt und diskutiert. Organisationsentwicklung kann als idealer Ansatz dazu dienen, die identifizierten Faktoren, in Form von Organisationsentwicklungsmaßnahmen nachhaltig, in die Praxis zu überführen und die Handlungssicherheit für Mitarbeitende zu fördern.
Vor dem Hintergrund der rechtlichen Rahmenbedingungen der freiheitsentziehenden Unterbringung nach §1831 BGB und der besonderen Bedeutung der Handlungssicherheit in diesen geschützt geführten Settings, wird der aktuelle wissenschaftliche und praktische Bezugsrahmen dargestellt.
Die Ergebnisse zeigen, dass zahlreiche Faktoren, die in der Ausarbeitung näher betrachtet werden, eine wichtige Grundlage für die Handlungssicherheit darstellen. Mitarbeitende, die über ein solides Wissen in den relevanten Bereichen verfügen, fühlen sich kompetent und sind in der Lage, angemessene Betreuung und Unterstützung selbständig und selbstwirksam zu bieten.
Gleichzeitig wird in der Arbeit der Bauplan verstehender Organisationsentwicklung genutzt, um den passenden Rahmen für eine nachhaltige, partizipative und ermächtigende Organisationsentwicklung zu betreiben. Die herausgefilterten Maßnahmen werden detailliert vorgestellt und im Bauplan der verstehenden Organisationsentwicklung verortet.
Insgesamt verdeutlicht die Auseinandersetzung mit dieser Thematik die Bedeutung der Handlungssicherheit für Mitarbeitende in der Eingliederungshilfe im Rahmen der freiheitsentziehenden Unterbringung nach §1831 BGB. Die Ergebnisse bieten wichtige Einblicke in förderliche Faktoren, sowie Herausforderungen und Barrieren und liefern damit wertvolle Handlungsempfehlungen zur Stärkung der Handlungssicherheit für Mitarbeitende in diesem Arbeitskontext. Für Führungskräfte im Tätigkeitsbereich der Eingliederungshilfe kann der Inhalt dieser Arbeit eine Wissensgrundlage bilden und passgenaue Aspekte der Organisationsentwicklung aufzeigen, um eine nachhaltige Förderung der Handlungssicherheit in der eigenen Organisation zu etablieren
Dynamics of Microcystis surface scum formation under different wind conditions: the role of hydrodynamic processes at the air-water interface
Get PDFDue to climate change, Microcystis blooms occur at increasing frequencies in aquatic ecosystems worldwide. Wind-generated turbulence is a crucial environmental stressor that can vertically disperse the Microcystis surface scum, reducing its light availability. Yet, the interactions of Microcystis scum with the wind-generated hydrodynamic processes, particularly those at the air-water interface, remain poorly understood. Here, we explore the response of Microcystis (including colony size and migration dynamics) to varying magnitudes and durations of intermittent wind disturbances in a mesocosm system. The flow velocities, size of Microcystis colonies, and the areal coverage of the water surface by scum were measured through video observations. Our results demonstrate that low wind speeds increase colony size by providing a stable condition where Microcystis forms a scum layer and aggregates into large colonies at the air-water interface. In contrast, wind disturbances disperse scum and generate turbulence, resulting in smaller colonies with higher magnitudes of wind disturbance. We observed that surface scum can form rapidly following a long period (6 h) of high-magnitude (4.5 m s-1) wind disturbance. Furthermore, our results indicate reduced water surface tension caused by the presence of Microcystis, which can decrease surface flow velocity and counteract wind-driven mixing. The reduced surface tension may also drive lateral convection at the water surface. These findings suggest that Microcystis reduces surface tension, likely by releasing surface-active materials, as an adaptive response to various wind conditions. This could result in an increased rate of surface scum re-formation under wind conditions and potentially facilitate the lateral expansion of scum patches during weak wind periods. This study reveals new insights into how Microcystis copes with different wind conditions and highlights the importance of the air-water interface for Microcystis scum dynamics
Virtual Possibilities: Exploring the Role of Emerging Technologies in Work and Learning Environments
Get PDFThe present work aims to investigate whether virtual reality can support learning as well as vocational work environments. To this end, four studies were conducted, with the first set investigating the demands for vocational workers and the impact of input methods on participant performance. These studies laid the foundation needed to create studies incorporating virtual reality research. The second set of studies was concerned with the impact of virtual reality on learning performance as well as the influence of binaural stimuli presentation on task performance. Results of each study are discussed individually and in conjunction with one another. The four studies are further supplemented with further research conducted by the author as well as an analysis of the growing field of virtual reality-based research. The thesis closes by embedding the discussed work into the scientific landscape and tries to give an outlook for virtual reality-based use cases in the future
Theoretical concept for in-situ condition monitoring of rotary shaft seals using surface strain-based analysis of the deformation state
Get PDFIn situ condition monitoring of rotary shaft seals could significantly improve the reliability of future seals in numerous applications. A superficial application of strain gauges capturing the state of deformation could offer a cost-effective retrofit solution for indirect measurements of central operational parameters. Within a simulative investigation of the sealing system, possible sensor positions for determination of the preload as well as the friction torque prevailing in the sealing contact are therefore identified as two parameters directly related to the operating condition. Further investigations of the potential sensor signal with focus on its time-dependent behavior prove the theoretical feasibility of the measurement concepts developed and provide promising prospects for an initial technical implementation.Eine in situ Zustandsüberwachung an Radialwellendichtringen könnte zukünftig die Zuverlässigkeit von Abdichtungen in zahlreichen Anwendungen deutlich verbessern. Eine oberflächliche Applikation von Dehnungsmessstreifen für Erfassungen des Deformationszustands könnte dabei eine kostengünstige Nachrüstlösung zur indirekten Messung zentraler Betriebsgrößen bieten. Im Rahmen einer simulativen Untersuchung des Dichtsystems werden daher mögliche Sensorpositionierungen zur Bestimmung der Vorspannung sowie des im Dichtkontakt vorherrschenden Reibmoments als zwei direkt mit dem Betriebszustand zusammenhängende Parameter identifiziert. Weiterführenden Untersuchungen des potenziellen Messsignals mit Fokus auf dessen zeitabhängiges Verhalten belegen dabei die theoretische Machbarkeit der entwickelten Messkonzepte und liefern vielversprechende Ausblicke auf eine erste praktische Umsetzung
Procedural Modeling and Image Synthesis for Virtual Surface Inspection Planning
Get PDFProduct manufacturing is performed in a massively automated and increasingly customized manner.
However, overall production speed is limited by automation of inspection since each product has to ensure the required quality.
A widespread and often-used quality assurance method is visual surface inspection.
Automated surface inspection relies on an inspection plan and defect recognition algorithms.
Both inspection planning and defect recognition algorithms development heavily rely on the availability of representative image data containing various product surface textures and imperfections showing a wide variety of possible surface responses to different viewing and lighting conditions.
Due to the advancements in manufacturing, defects in products occur rarely, with different frequencies of appearance, followed by a subjective and laborious annotation process.
Further, since the surface texture is often not relevant to product performance and thus not controlled, products with different surface textures are not treated as different product samples and thus not provided.
Motivated by aforementioned problems, this work introduces the following contributions: (1) image synthesis requirements for industrial quality inspection and a novel realistic image synthesis pipeline satisfying those requirements (Chapter 4), (2) texture synthesis requirements for industrial quality inspection and a procedural approach to parameterized surface texture modeling incorporating domain knowledge (Chapter 5) and (3) defect synthesis requirements for industrial quality inspection as well as a procedural approach to parameterized defect modeling (Chapter 6).
The contributions presented in this thesis, make it possible to obtain, in a controllable and automated manner, the required amount of image data, containing realistic and varying surface textures resembling machining surfaces as well as diversified geometrical defects with automated, pixel-precise annotations (Chapters 7,8).
The presented contributions enable the inspection planning and development of machine vision algorithms for defect recognition to be performed completely virtually, by inspection planning experts, without computer graphics knowledge