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Innerhalb eines Forschungsprojektes wurde ein Energiesystemoptimierungsmodell entwickelt, das mögliche Geschäftsmodelle als Weiterbetriebsoptionen für Biogasanlagen betrachtet. Insbesondere der Einfluss von fluktuierenden Strommarktpreisen und variierenden Treibhausgasquoten soll kritisch im innerdeutschen Kontext beleuchtet werden.
Aufgrund der Folgen des Klimawandels bekommen klimaanpassende Maßnahmen immer mehr Bedeutung. Durch versiegelte Flächen und Starkregen können einerseits Überschwemmungen entstehen, anderseits führen Hitze und wenig Niederschlag zu Trockenheit und Wassermangel. Deswegen ist es wichtig, klimaanpassende Maßnahmen zu fördern und diese den Bürgern näher zu bringen.
Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist, eine Webanwendung zu entwickeln, die die Bürger zur Nutzung von Regenwasser und zu Entsiegelungen als klimaanpassende Maßnahmen motiviert, indem Nutzern eine individuelle Berechnung der Kosten und des Nutzens angeboten wird. Dafür folgt die Entwicklung der Webanwendung dem menschzentrierten Gestaltungsprozess, um eine hohe Benutzerfreundlichkeit zu erreichen. Es werden Usability-Tests als Evaluation durchgeführt.
Die Ergebnisse der Evaluation zeigen, dass die entwickelte Webanwendung die Nutzer zufriedenstellt und die Anforderungen erfüllt. Der menschzentrierte Gestaltungsprozess ist für das betrachtete Themenfeld ein wirksames und zielführendes Vorgehen bei der Entwicklung interaktiver Systeme.
Nach dem Auslaufen der 20-jährigen Förderung über eine Einspeisevergütung im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) gibt es für deutsche Biogasanlagen diverse technische Möglichkeiten für einen Weiterbetrieb. Neben der Wirtschaftlichkeit sind die Anlagenbetreibenden ein wesentlicher Entscheidungsfaktor für den Weiterbetrieb der Anlage. Somit ergibt sich die zentrale Fragestellung „Welche Treiber und Hemmnisse für Betreibende von Bestandsbiogasanlagen in Deutschland bestehen in den verschiedenen Nutzungspfaden für Biogas, sowie für kooperative Geschäftsmodelle?“. Die Erkenntnisse können unter anderem dafür genutzt werden, die Situation der Anlagenbetreibenden besser zu verstehen, um notwendige Unterstützung für einen Weiterbetrieb, beispielsweise durch Kommunen, zur Verfügung stellen zu können.
Wie können wir die Lehre heute gestalten, wenn wir nicht wissen, was morgen gebraucht wird?
Unter dieser Perspektive werden aktuelle Herausforderungen und Chancen universitärer Bildung betrachtet. Ausgehend von einer höheren organisatorischen Perspektive übergehend zu der Mikroperspektive einer einzelnen Lehrveranstaltung. Die Rolle von generativen KI-Systemen wird betrachtet.
Der Begriff New Learning im Kontext von New Work wird aufgegriffen und in Anlehnung an das Agile Manifesto der SW-Entwicklung wird ein agiles Manifest für die Lehre formuliert. Dieses wird in den Zusammenhang mit den sog. Zukunftskompetenzen oder Future Skills gebracht.
Die Anforderungen an zukünftige Teilnehmende eines Arbeitsmarktes verändern sich. Das von Frithjof Bergmann begründete Prinzip der Neuen Arbeit (Bergmann, 2004) ist aktuell Gegenstand zahlreicher Diskussionen und Debatten über aktuelle und zukünftige Arbeitswelten. Die sich daraus ergebenden Kompetenzanforderungen passen mit der Lehre in Hochschulen wenig zusammen. Zunehmend werden agile Lernszenarien diskutiert.
Das Inverted Classroom Modell (ICM) erfreut sich seit einigen Jahren großer Beliebtheit in der Hochschullehre. Aus Studierendensicht ist die Teilnahme an einer ICM-Veranstaltung aber eine Herausforderung. Für ein erfolgreiches Lernen sind insbesondere personale Kompetenzen wie Selbstmotivation, Durchhaltevermögen und Selbstregulationskompetenz erforderlich (Pöpel & Morisse, 2019). Um diesem Umstand entgegenzuwirken, wurde vom Autor ICM mit Ideen aus Scrum für eine Informatik-Lehrveranstaltung kombiniert (siehe auch (Morisse & Heidemann, 2021)). Die Wirkung von Scrum kann sich nur entfalten, wenn die Arbeit in einzelne Sprints aufgeteilt wird und bei der Bearbeitung der Sprints auch die eigene Zusammenarbeit im Rahmen einer Retrospektive kritisch reflektiert wird. Zu diesem Zweck wird der gesamte Inhalt der Lehrveranstaltung in eine Anzahl von thematischen Blöcken aufgeteilt, die als Lehr- und Lerninhalte für die Lern-Sprints der Scrum-Umsetzung werden. Für jeden Themenblock müssen die theoretischen Inhalte erarbeitet sowie eine eigenständige Zusammenfassung formuliert werden. Ergänzend dazu wurde ein Software-Produkt definiert, in dessen Rahmen die theoretischen Inhalte einfließen konnten.
Die Durchführung eines Reviews und einer Retrospektive schließen bei Scrum einen Sprint ab. Genau dies lässt sich auch im Hochschulkontext sehr gut als Feedback-Instrument durchführen. Das Review bestand in der Inspektion der entwickelten Software. Mit der Retrospektive wird die eigene Zusammenarbeit im Team kritisch reflektiert. Ein besonderes Augenmerk verdient der kommunikative Stil zwischen Lehrenden und Studierenden. Bei einem Veranstaltungskonzept, welches getragen wird von Interaktion und Diskussion, kommt einer empathischen und wertschätzenden Kommunikation eine besondere Bedeutung zu. Das dies in der vorgestellten Veranstaltung scheinbar gelungen ist, zeigt das Zitat eines der teilnehmenden Studierenden „Ich freue mich immer auf die Review-Termine“. Zur Erinnerung: Das Review ist der Termin zur Vorstellung des erreichten Ergebnisses, also eher ein Prüfungs-Setting, bei dem Studierende ihre Arbeit präsentieren. Weitere positive Resonanzmerkmale durch die Studierenden waren die hoffnungsvollen Fragen, ob denn die Veranstaltungen im kommenden Semester auch nach ICMScrum organisiert sind.
Der Beitrag beschreibt das Veranstaltungskonzept ICMScrum, welches die Ideen des Inverted Classroom mit Elementen aus Scrum kombiniert. Beginnend mit Anforderungen des aktuellen und zukünftigen Arbeitsmarktes werden die zentralen Elemente der Methodik anhand eines praktizierten Beispiels vorgestellt und kritisch diskutiert.
Der Beitrag beschreibt die Entwicklung eines Inverted Classroom Konzeptes für ein Informatik-Grundlagenfach an einer Hochschule. Basierend auf Vorlesungsaufzeichnungen und Vorlesungsskript wurde hierbei besonderes Augenmerk auf die Gestaltung der gemeinsamen Präsenzzeit zwischen Studierenden und Lehrenden gelegt. Durch zahlreiche aktivierende Elemente sind die Studierenden hierbei gefordert, ihren Lernprozess selbst zu gestalten, um somit über die fachlichen Kompetenzen des Faches hinaus auch überfachliche Kompetenzen, wie beispielsweise Kommunikations- und Kooperationskompetenz, Selbstlernkompetenz und Eigenverantwortung zu trainieren.
Der Beitrag beschreibt als Werkstattbericht die Kombination des Inverted Classroom Modells mit der agilen Entwicklungsmethodik von Scrum zu einem Veranstaltungskonzept für ein Grundlagenfach der Informatik. Neben der fachspezifischen Lehre wird dadurch das Vorgehen die in der Informatik immer wichtiger werdende agile Entwicklungsmethodik zum überfachlichen Kompentenzerwerb adressiert. Der Beitrag stellt die Umsetzung der agilen Lehrmethodik vor und gibt erste Rückmeldungen aus Sicht von Studierenden und Lehrenden.
The expiry of national subsidies for biogas in Germany means that new business models are needed. Furthermore, hydrogen is expected to make a significant contribution to the energy transition in the future. Therefore, potentials for the production of hydrogen from biogas are identified in this study. A joint upgrading infrastructure is developed that models the collaborative upgrading of biogas to hydrogen for existing biogas plants with subsequent gas grid injection. Furthermore, regions are identified that are particularly suitable as pioneer regions in Germany due to a high potential for green hydrogen production and comparatively low costs for hydrogen production. The modeling shows that collaborative upgrading achieves significant cost savings compared to single-farm upgrading. Furthermore, the potential for hydrogen production from biogas and the costs of upgrading differ significantly within the administrative districts in Germany.
Today's development of client-side web applications is based on one of the JavaScript-frameworks, such as Angular or React. The excessive dependencies that arise in the ecosystem from the Node-Package-Manager increase the security risk and the dependency of your own web application on third-party packages. Moreover, the frameworkless approach proposes a renaissance of classic web development, because it strives to avoid external dependencies as far as possible and to fall back on the standards. Whether the implementation achieves maintainability and security of frameworks is questionable. Therefore, it makes sense to research which core concepts of the frameworks meet the requirements for maintainability and security and how these are implemented. The novelty is that the concepts to be explored are moved to a standard in order to ensure the developer efficiency, security, performance and maintainability in the long term. This allows existing approaches to focus on other essential features.
The Internet of Things (IoT) is the enabler for new innovations in several domains. It allows the connection of digital services with real, physical entities. These entities are devices of different categories and range in size from large machinery to tiny sensors. In the latter case, devices are typically characterized by limited resources in terms of computational power, available memory and sometimes limited power supply. As a consequence, the use of security algorithms requires expert knowledge in order for them to work within the limited resources. That means to find a suitable configuration for the algorithms to perform properly on the device. On the other side, there is the desire to protect valuable assets as strong as possible. Usually, security goals are captured in security policies, but they do not consider resource availability on the involved device and their consumption while executing security algorithms. This paper presents a resource aware information exchange model and a generation tool that uses high-level security policies as input. The model forms the conceptual basis for an automated security configuration recommendation system.
Power consumption has become a major design constraint, especially for battery-powered embedded systems. However, the impact of software applications is typically considered in later phases, where both software and hardware parts are close to their finalization. Power-related issues must be detected in early stages to keep the development costs low, satisfy time-to-market, and avoid cost-intensive redesign loops. Moreover, the variety of hardware components, architectures, and communication interfaces make the development of embedded software more challenging. To manage the complexity of software applications, approaches such as model-driven development (MDD) may be used. This article proposes a power-estimation approach in MDD for software application models in early development phases. A unified modeling language (UML) profile is introduced to model power-related properties of hardware components. To determine the impact of software applications, we defined two analysis methods using simulation data and a novel in-the-loop concept. Both methods may be applied at different development stages to determine an energy trace, describing the energy-related behavior of the system. A novel definition of energy bugs is provided to describe power-related misbehavior. We apply our approach to a sensor node example, demonstrate an energy bug detection, and compare the runtime and accuracy of the analysis methods.
Reibermüdung ist ein Phänomen, welches an den Kontakträndern von in Berührung ste-henden, kraftübertragenden Bauteilen beobachtet werden kann. Typische Maschinenele-mente, die in diesem Mode versagen können, sind z. B. die Schwalbenschwanzverbindung sowie ihre Ableger, die mehrzahnigen Tannenbaumfixierungen. In der Literatur beschrie-bene Untersuchungen weisen für Flachproben mit Reibbrücken ein Lebensdauerverhalten mit einem lokalen Minimum über der Anpresskraft der Reibbrücken aus. Die vorliegende Arbeit untersucht mithilfe des Sines-Ermüdungskriteriums, kombiniert mit Grenzwerten gemäß FKM-Richtlinie, ob ein solches Verhalten auch für die Schwalbenschwanzverbin-dung zutrifft. Im Gegensatz zur Reibbrückenanordnung mit separater Einleitung von kon-stanter Pressung und Längslastamplitude fluktuieren bei der Schwalbenschwanzverbin-dung die Anpresskraft und Zugkraft mit der einzigen am Hals eingeleiteten Last.
In this experimental work, the quasi static and fatigue properties of a 40 wt.% long carbon fiber reinforced partially aromatic polyamide (Grivory GCL-4H) were investigated. For this purpose, microstructural parameter variations in the form of different thicknesses and different removal directions from injectionmolded plates were evaluated. Mechanical properties decreased by increasing misalignment away from the melt flow direction. By changing the specimen thickness, no change in the general fiber distribution pattern transversal and normal to the axis of melt flow was observed. It has shown that with increasing specimen thickness the quasi static properties along the melt flow direction decreased and vice versa resulting in superior properties normal to the melt flow axis. At around 5 mm, an intersection suggests quasi-isotropic behavior. In addition, the fatigue strength of the material was significantly higher in the flow direction than normal to the flow direction. No change in fatigue life was observed while changing specimen thickness. The Basquin equation seems to describe the effect of stress amplitude on the fatigue strength of this composite. Scanning electron microscopy was used to investigate fracture surfaces of tested specimens. Results show that mechanical properties and morphological structures depend highly on fiber orientation.
Der nachfolgende Projektbericht, welcher im Rahmen des Masterprojektes und des Moduls „Bildgebende Sensortechnik“ erarbeitet wurde, ist wie folgt den beiden Fächern zuzuordnen.
Die Kapitel, welche sich mit der Inbetriebnahme und den Umgang des SICK RMS320 Radarsensors beschäftigen, sind Teil des Masterprojektes. Dies betrifft die Kapitel 2.2, 4.1, 4.3 und in Teilen das Kapitel 4.5.
Dem Modul „Bildgebende Sensortechnik“ sind hingegen die Messung des Einflusses von Kleidung auf die Erkennungsfähigkeit eines Menschen sowie die Radarmessungen der verschiedene Prüfkörper zuzuordnen. Dies wird in den Kapiteln 2.3, 3, 4.2, 4.4 und 4.5 behandelt.
Die „Grundlagen der Radartechnik“ sind für beide Teile gleichbedeutend wichtig.
Der Einsatz paralleler Hardware-Architekturen betrifft alle Software-Entwickler und -Entwicklerinnen: vom Supercomputer bis zum eingebetteten System werden Multi- und Manycore-Systeme inzwischen eingesetzt. Die Herausforderungen an das Software Engineering sind vielfältig. Zum einen ist (wieder) ein stärkeres Verständnis für die Hardware notwendig. Ohne eine skalierbare Partitionierung der Software und parallele Algorithmen bleibt die Rechenleistung ungenutzt. Zum anderen stehen neue Programmiersprachen im Vordergrund, die die Ausführung von parallelen Anweisungen ermöglichen.
Dieses Buch betrachtet unterschiedliche Aspekte bei der Entwicklung paralleler Systeme und berücksichtigt dabei auch eingebettete Systeme. Es verbindet Theorie und praktische Anwendung und ist somit für Studierende und Anwender in der Praxis gleichermaßen geeignet. Durch die programmiersprachenunabhängige Darstellung der Algorithmen können sie leicht für die eigene Anwendung angepasst werden. Viele praktische Projekte erleichtern das Selbststudium und vertiefen das Gelernte.
Due to the resource-constrained nature of embedded systems, it is crucial to support the estimation of their power consumption as early in the development process as possible. Non-functional requirements based on power consumption directly impact the software design, e.g., watt-hour thresholds and expected lifetimes based on battery capacities. Even if software affects hardware behavior directly, these types of requirements are often overlooked by software developers because they are commonly associated with the hardware layer. Modern trends in software engineering such as Model-Driven Development (MDD) can be used in embedded software development to evaluate power consumption-based requirements in early design phases. However, power consumption aspects are currently not sufficiently considered in MDD approaches. In this paper, we present a model-driven approach using Unified Modeling Language profile extensions to model hardware components and their power characteristics. Software m odels are combined with hardware models to achieve a system-wide estimation, including peripheral devices, and to make the power-related impact in early design stages visible. By deriving energy profiles, we provide software developers with valuable feedback, which may be used to identify energy bugs and evaluate power consumption-related requirements. To demonstrate the potential of our approach, we use a sensor node example to evaluate our concept and to identify its energy bugs.
Hintergrund Die physiotherapeutische Dokumentation spielt im Therapieprozess eine wichtige Rolle, erfolgt jedoch auf unterschiedlichste Weise. Es existieren derzeit eine Vielzahl von Softwarelösungen für die physiotherapeutische Dokumentation, welche sich jedoch in ihren Funktionalitäten stark unterscheiden. Ziel Mithilfe einer Befragung soll ein Konsens von Expertenaus der Physiotherapie im Themengebiet der softwarebasierten Dokumentation ermittelt werden. Anhand der Ergebnisse wird ein Anforderungskatalog für die Entwicklung einer neuartigen und benutzerorientierten Dokumentationssoftware erstellt. Methode Online-Delphi-Befragung mit neun Experten über drei Befragungswellen.
Ergebnisse Hinsichtlich der Anforderungen an die Anamnese konnte ein Konsens erzielt werden. Bei der Gliederung des Befundes kam es zu keiner Übereinstimmung der Experten. Das Ergebnis lässt sich durch unterschiedliche manualtherapeutische Konzepte erklären, die für die Befunderhebung verwendet wurden. Schlussfolgerung Eine softwarebasierte Dokumentation sollte standardisierter als bisher erfolgen, um den ClinicalReasoning-Prozess zu unterstützten. Gleichzeitig ist dabei eine gewisse Flexibilität geboten. Die gesammelten Anforderungen können für die Entwicklung einer neuartigen und benutzerorientierten mobilen Anwendung zur Effizienzsteigerung in der physiotherapeutischen Dokumentation verwendet werden.
The effects of reaction parameters on Hurn:xwiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0001 production from ethanol photocatalysis in the gas phase have been investigated. The photocatalytic activity evolves from an early mass‐transfer limited regime to an independent one at later irradiation times, which is interpreted in terms of a photocatalytic site activity distribution. Ethanol molar fraction exhibits two different domains, with Hurn:xwiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0002 production increasing up to a molar fraction of 0.12, beyond which it plateaus. Hurn:xwiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0003 :AcH ratios are very sensitive to reaction conditions, reaching 1.8 at low reactant flows. UV light is converted to Hurn:x-wiley:23670932:media:cptc202000216:cptc202000216-math-0004 with an efficiency of nearly 3 %.
The simulation of the residual stress field achieved by shot peening cannot be carried out on component-large models. Hence, an efficient unit cell model for the simulation of the shot peening process is developed. The model allows both, the simple inclusion of a pre-stress and the evaluation of the up-arching of the Almen strip. For this purpose, generalized coupling constraints for the periodic boundaries of the unit cell are developed. These allow for displacement and rotation of the coupled boundaries relative to each other. In the coupling constraints, this is accomplished by respective variables, which can either be prescribed to the analysis or read out as a result from the analysis. Hence, the unit cell can expand, shear, bend and twist under driving forces like, e. g., residual stresses or thermal effects. At the same time, deformations of the cell’s periodic boundary pairs are kept congruent by the generalized coupling. The ability to cover expansion is novel regarding known periodic boundary conditions. Also, the application of a generalized unit cell to shot peening is new.
Results obtained with the generalized unit cell are displayed, demonstrating its capabilities: A fundamental analysis of the residual stress field from shot peening shows inhomogeneities at a fatigue relevant level to be inevitable. A validation of the model was done by comparison with experimental Almen strip shot peening tests reported in literature. Shot peening under pre-stress is demonstrated and its results in terms of residual stress are evaluated. The application of the generalized unit cell is not limited to shot peening.
Various overoxidized poly(1H-pyrrole) (PPy), poly(N-methylpyrrole) (PMePy) or poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) membranes incorporated into an acrylate-based solid polymer electrolyte matrix (SPE) were directly electrosynthesized by a two-step in situ procedure. The aim was to extend and improve fundamental properties of pure SPE materials. The polymer matrix is based on the cross-linking of glycerol propoxylate (1PO/OH) triacrylate (GPTA) with poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) as a conducting salt. A self-standing and flexible polymer electrolyte film is formed during the UV-induced photopolymerization of the acrylate precursors, followed by an electrochemical polymerization of the conducting polymers to form a 3D-IPN. The electrical conductivity of the conducting polymer is destroyed by electrochemical overoxidation in order to convert the conducting polymer into an ion-exchange membrane by introduction of electron-rich groups onto polymer units. The resulting polymer films were characterized by scanning electron microscopy, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, differential scanning calorimetry, thermal analysis and infrared spectroscopy. The results of this study show that the combination of a polyacrylate-matrix with ion selective properties of overoxidized CPs leads to new 3D materials with higher ionic conductivity than SPEs and separator or selective ion-exchange membrane properties with good stability by facile fabrication.
Kugelstrahlen ist ein im Maschinenbau eingesetztes Verfahren zur Steigerung der Ermüdungsfestigkeit. Es wird z. B. bei hochbelasteten Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, der Fahrzeugtechnik, im Turbomaschinenbau und weiteren Industriezweigen angewandt. Die Einstellung der Betriebsparameter der Kugelstrahlanalage findet üblicherweise mit kostenintensiven empirischen Versuchen statt, mit dem Ziel, die vorgegebene Druckeigenspannung zu erreichen. In [1, 2] wird auf der Basis einer dort beschriebenen neuartigen Elementarzelle vorgeschlagen, die Almenstreifenaufbiegung als Mittel zur Spezifikation der Verfestigung heranzuziehen. Dazu ist deren Simulation notwendig, welche sich mit der entwickelten Elementarzelle wirtschaftlich bewerkstelligen lässt. In der hier vorliegenden Veröffentlichung werden die der Elementarzelle zugrundeliegenden Finite-Elemente-Netze (FE-Netze) mithilfe von Einzelbe-schussversuchen validiert. Weiterhin wird eine ähnlichkeitsmechanische Betrachtung des Kugelstrahlprozesses zur vereinfachten Parametereinstellung vorgestellt.
A recently published study of high temperature nitridation of iron chromium aluminum alloys (FeCrAl) at 900°C in N2–H2 has redundantly shown the formation of locally confined corrosion pockets reaching several microns into the alloy. These nitrided pockets form underneath chromia islands laterally surrounded by the otherwise protective alumina scale. Chromia renders a nitrogen‐permeable defect under the given conditions and the presence of aluminum in the alloy. In light of these findings on FeCrAl, a focused ion beam–scanning electron microscope tomography study has been undertaken on an equally nitrided FeNiCrAl sample to characterize its nitridation corrosion features chemically and morphologically. The alloy is strengthened by a high number of chromium carbide precipitates, which are also preferential chromia formation sites. Besides the confirmation of the complete encapsulation of the corrosion pocket from the alloy by a closed and dense aluminum nitride rim, very large voids have been found in the said pockets. Furthermore, metallic particles comprising nickel and iron are deposited on top of the outer oxide scale above such void regions.
With the increasing size and complexity of embedded systems, the impact of software on energy consumption is becoming more important. Previous research focused mainly on energy optimization at the hardware level. However, little research has been carried out regarding energy optimization at the software design level. This paper focuses on the software design level and addresses the gap between software and hardware design for embedded systems. This is achieved by proposing a framework for software design patterns, which takes aspects of power consumption and time behavior of the hardware level into account. We evaluate the expressiveness of the framework by applying it to well-known and novel design patterns. Furthermore, we introduce a dimensionless numerical efficiency factor to make possible energy savings quantifiable.
The objective of this review is a global assessment of the economics of second‐generation biorefineries, with a focus on the use of food waste and agricultural residues for chemical production by applying biotechnological processes. Analyses are conducted on feedstock and product distribution, applied economic models, and profitability figures for the period 2013–2018. In a study of 163 articles on different biorefinery systems, the production of chemicals is identified as the second major product class, after bioenergy. Bagasse and straw are frequently analyzed second‐generation feedstocks. Based on the evaluation of 22 articles, second‐generation biorefineries producing chemicals by applying biotechnological processes proves to be economically feasible. On average, both the internal rate of return (IRR) and the return on investment (ROI) are 20% and the payback period (PP) is 6 years. The cost share of feedstock in biorefineries is between 0–50%. The price of the end product and the fermentation yields have the most impact on profitability. The processing of food waste that has industrial and municipal origins appears more economical than the processing of agricultural residues. Scientists, policy makers and entrepreneurs with an appropriate risk tolerance are advised to pay particular attention to municipal food waste and the potential economic production of carboxylic acids. For various economic issues related to biorefineries, dynamic‐deterministic models are recommended, which can be extended by a stochastic model. This review provides an initial overview of the economic feasibility of second‐generation biorefineries. Further techno‐economic analyses are required to produce statistically significant statements on key profitability figures. © 2020 The Authors. Biofuels, Bioproducts, and Biorefining published by Society of Chemical Industry and John Wiley & Sons, Ltd.
Process modeling languages help to define and execute processes and workflows. The Business Process Model and Notation (BPMN) 2.0 is used for business processes in commercial areas such as banks, shops, production and supply industry. Due to its flexible notation, BPMN is increasingly being used in non-traditional business process domains like Internet of Things (IoT) and agriculture. However, BPMN does not fit well to scenarios taking place in environments featuring limited, delayed, intermittent or broken connectivity. Communication just exists for BPMN - characteristics of message transfers, their priorities and connectivity parameters are not part of the model. No backup mechanism for communication issues exists, resulting in error-prone and failing processes. This paper introduces resilient BPMN (rBPMN), a valid BPMN extension for process modeling in unreliable communication environments. The meta model addition of opportunistic message flows with Quality of Service (QoS) parameters and connectivity characteristics allows to verify and enhance process robustness at design time. Modeling of explicit or implicit, decision-based alternatives ensures optimal process operation even when connectivity issues occur. In case of no connectivity, locally moved functionality guarantees stable process operation. Evaluation using an agricultural slurry application showed significant robustness enhancements and prevented process failures due to communication issues.
Simulation von Laserscannern in Pflanzenbeständen für die Entwicklung umfeldbasierter Funktionen
(2018)
Es werden drei Modellierungsansätze zur Simulation von Laserscannern in Pflanzenbeständen für die Entwicklung umfeldbasierter Fahrzeugfunktionen beschrieben. Das Sensorsignal der Distanzmessung wird dabei anhand realer Messwerte oder phänomenologisch und auf der Basis empirisch ermittelter Kennwerte in Abhängigkeit von objekt- und sensorspezifischen Einflussfaktoren abgebildet. Basierend auf den Methoden zur Simulation von Distanzmesssystemen der Open Source Simulationsumgebung Gazebo wurden die Modellierungsansätze als spezifische Sensor- und Umfeldmodelle implementiert. Die Modelle wurden insbesondere für den Einsatz an mobilen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen und für die Anwendung in der Getreideernte optimiert.
This paper describes the development and test of a novel LiDAR based combine harvester steering system using a harvest scenario and sensor point cloud simulation together with an established simulation toolchain for embedded software development. For a realistic sensor behavior simulation, considering the harvesting environment and the sensor mounting position, a phenomenological approach was chosen to build a multilayer LiDAR model at system level in Gazebo and ROS. A software-in-the-loop simulation of the mechatronic steering system was assembled by interfacing the commercial AppBase framework for point cloud processing and feature detection algorithms together with a machine model and control functions implemented in MATLAB/ Simulink. A test of ECUs in a hardware-in-the-loop simulation and as well as HMI elements in a driver-in-the-loop simulation was achieved by using CAN hardware interfaces and a CANoe based restbus simulation.
This article proposes the concept of a simulation framework for environmental sensors with multilevel abstraction in agricultural scenarios. The implementation case study is a simulation of a grain-harvesting scenario enabled by LiDAR sensors. Environmental sensor models as well as kinematics and dynamic behavior of machines are based on the robotics simulator Gazebo. Models for powertrain, machine process aggregates and peripheral simulation components are implemented with the help of MATLAB/ Simulink and with the robotics middleware Robot Operating System (ROS). This article deals with the general concept of a multilevel simulation framework and in particular with sensor and environmental modeling.
This paper presents an optimized algorithm for estimating static and dynamic gait parameters. We use a marker- and contact-less motion capture system that identifies 20 joints of a person walking along a corridor.
Based on the proposed gait cycle detection basic metrics as walking frequency, step/stride length, and support phases are estimated automatically. Applying a rigid body model, we are capable to calculate static and dynamic gait stability metrics. We conclude with initial results of a clinical study evaluating orthopaedic technical support.
In der Schriftenreihe „Voneinander Lehren lernen“, die vom LearningCenter der Hochschule Osnabrück herausgegeben wird, werden anwendungsbezogene Beiträge zur Qualitätsentwicklung in Studium und Lehre publiziert.
Die Schriftenreihe ist an das hochschuldidaktische Konzept des „Scholarship of Teaching and Learning“ angelehnt. Demnach soll sie insbesondere den Fachlehrenden aller Studiengänge als Plattform dienen, um ihre eigenen Erfahrungen, Ideen und Konzepte zur Lehr- und Studiengangentwicklung systematisch zu reflektieren und entsprechende Erkenntnisse für andere nutzbar zu machen. Ziel ist es, den Diskurs über hochschuldidaktische Themen in die Fächer zu tragen und so nachhaltig zu einer hohen Qualität der Lehr-Lernprozesse in den Studiengängen beizutragen. Ergänzt werden die Texte der Fachlehrenden um Beiträge von Mitarbeiter*innen der im Bereich Studium und Lehre tätigen Organisationseinheiten.
Die Schriftenreihe ist eng an das Lehrkolleg der Hochschule Osnabrück gekoppelt. Dabei handelt es sich um ein Angebotsformat des LearningCenters, in dem Professor*innen und Lehrkräfte für besondere Aufgaben die Möglichkeit haben, unter hochschuldidaktischer Begleitung innovative Lehrentwicklungsprojekte in ihren eigenen Lehrveranstaltungen und Modulen umzusetzen. Der erste Band der Schriftenreihe enthält Beiträge von Teilnehmer*innen des Lehrkollegs 2018, in dem verschiedene Entwicklungsprojekte zur Förderung von Kompetenzen für selbstreguliertes Lernen durchgeführt wurden.
Optimised Nutrient Recovery from Biogas Digestate by Solid/Liquid Separation and Membrane Treatment
(2019)
Anaerobic digestion products of agricultural biogas plants are characterised by high nitrogen, phosphorus, and potassium content. In three scale-up steps, a membrane based digestate treatment process of solid-liquid-separation, ultrafiltration, and reverse osmosis for nutrient recovery was investigated. Lab-scale trials delivered a very good understanding of fluid properties and subsequent ultrafiltration performance, which is the limiting process step in terms of energy demand and operation costs. In semi-technical experiments, optimisation, and design parameters were developed, which were subsequently applied to pilot-scale tests at two full-scale biogas plants. The process optimisation resulted in 50 % energy reduction of the ultrafiltration step. About 36 % of the sludge volume was recovered as dischargeable water, 20 % as solid N/P-fertiliser, and 44 % as liquid N/K-fertiliser.
We describe an automated approach, to easily track patients regaining their walking ability while recovering from neurological diseases like e.g. stroke. Based on captured gait data and objective measures derived out of it the rehabilitation process can be optimized and thus steered. In order to apply such system in clinical practice two key requirements have to be fulfilled: (i) the system needs to be applicable in terms of ease of use and performance; (ii) the derived measures need to be accurate.
The usage of high-level synthesis (HLS) tools for FPGAs has increased significantly over the last years since they matured and allow software programmers to take advantage of reconfigurable hardware technology.
Most HLS tools employ methods to optimize for loops, e. g. by unrolling or pipelining them. But there is hardly any work on the optimization of while loops. This comes at no surprise since most while loops have loop-carried dependences involving the loop condition which result in large recurrence cycles in the dataflow graphs. Therefore typical while loops cannot be parallelized or pipelined.
We propose a novel transformation which allows to optimize while loops nested within a for loop. By interchanging the two loops, it is possible to pipeline (and thereby parallelize) the inner loop, resulting in a reduced execution time. We present two case studies on different hardware platforms and show the speedup factors - compared to a host processor and to an unoptimized hardware implementation - achieved by our while loop optimization method.
The Internet of Things (IoT) relies on sensor devices to measure real-world phenomena in order to provide IoT services. The sensor readings are shared with multiple entities, such as IoT services, other IoT devices or other third parties. The collected data may be sensitive and include personal information. To protect the privacy of the users, the data needs to be protected through an encryption algorithm. For sharing cryptographic cipher-texts with a group of users Attribute-Based Encryption (ABE) is well suited, as it does not require to create group keys. However, the creation of ABE cipher-texts is slow when executed on resource constraint devices, such as IoT sensors. In this paper, we present a modification of an ABE scheme, which not only allows to encrypt data efficiently using ABE, but also reduces the size of the cipher-text, that must be transmitted by the sensor. We also show how our modification can be used to realise an instantaneous key revocation mechanism.
Biogas plants produce nutrient rich digestates as side products, which are usually used as local fertilisers. Yet the large amount and regional gradients of biogas plants in Germany necessitate management, conditioning, and transportation of digestates, in order to follow good fertilising procedure and prohibit local over-fertilisation. With a membrane-based treatment chain, i.e. centrifugation, ultrafiltration, and reverse osmosis, digestates can be separated into a solid N,P-fertiliser, a liquid N,K-fertiliser, and dischargeable water. Up to now, the high energy demand of the process chain, in particular the ultrafiltration step, limits the economical market launch of the treatment chain. A reduction of the energy demand is challenging, as digestates exhibit a high fouling potential and ultrafiltration fluxes differ considerably for digestates from different biogas plants. In a systematic screening of 28 digestate samples from agricultural biogas plants and 6 samples from bio-waste biogas plants, ultrafiltration performance could be successfully linked to the rheological properties of the digestate’s liquid phase and to its macromolecular biopolymer concentration. By modification of the fluid characteristics through enzymatic treatment, ultrafiltration performance was considerably increased by factor 2.8 on average, which equals energy savings in the ultrafiltration step of approximately 45%. Consequently, the energy demand of the total treatment chain decreases, which offers potential for further rollout of the membrane-based digestate treatment.
The present study gives an overview of recent investigations dealing with the fatigue behaviour of the tempered martensitic steel 50CrMo4 (Fe-0.5wt%C-1wt%Cr) in the HCF and VHCF regime by taking into account a variation in material strength, by modifying the heat treatment parameters. The parameters for the tempering treatment were adapted to receive two material conditions with 37HRC and 57HRC, respectively. Subsequently, fatigue specimens were machined from the heat-treated bars for fatigue tests in an ultrasonic (f=20000Hz) and a resonance (f=95Hz) fatigue testing machine under fully reversed loading (R=-1) at laboratory air atmosphere. It was found that the dominant fatigue and fracture mechanisms change with increasing material strength. For 37HRC moderate-strength specimens crack initiation was shown to occur on the specimen surface within Cr depleted bands (segregation bands) as the dominant fatigue damage mechanism. Contrary to that, only internal crack initiation at non-metallic inclusions was observed for the high strength 57HRC condition. Furthermore, the completely different crack initiation mechanisms of the two heat treatment conditions were assessed by applying the Murakami approach relating the fatigue limit with the size of non-metallic inclusions.
he development of context-aware applications is a difficult and error-prone task. The dynamics of the environmental context combined with the complexity of the applications poses a vast number of possibilities for mistakes during the creation of new applications. Therefore it is important to test applications before they are deployed in a life system. For this reason, this paper proposes a testing tool, which will allow for automatic generation of various test cases from application description documents. Semantic annotations are used to create specific test data for context-aware applications. A test case reduction methodology based on test case diversity investigations ensures scalability of the proposed automated testing approach.
Smart city applications in the Big Data era require not only techniques dedicated to dynamicity handling, but also the ability to take into account contextual information, user preferences and requirements, and real-time events to provide optimal solutions and automatic configuration for the end user. In this paper, we present a specific functionality in the design and implementation of a declarative decision support component that exploits contextual information, user preferences and requirements to automatically provide optimal configurations of smart city applications. The key property of user-centricity of our approach is achieved by enabling users to declaratively specify constraints and preferences on the solutions provided by the smart city application through the Decision Support component, and automatically map these constraints and preferences to provide optimal responses targeting user needs. We showcase the effectiveness and flexibility of our solution in two real usecase scenarios: a multimodal travel planner and a mobile parking application. All the components and algorithms described in this paper have been defined and implemented as part of the Smart City Framework CityPulse.
Reliable information processing is an indispensable task in Smart City environments. Heterogeneous sensor infrastructures of individual information providers and data portal vendors tend to offer a hardly revisable information quality. This paper proposes a correlation model-based monitoring approach to evaluate the plausibility of smart city data sources. The model is based on spatial, temporal, and domain dependent correlations between individual data sources. A set of freely available datasets is used to evaluate the monitoring component and show the challenges of different spatial and temporal resolutions.
Interpolation of data in smart city architectures is an eminent task for the provision of reliable services. Furthermore, it is a key functionality for information validation between spatiotemporally related sensors. Nevertheless, many existing projects use a simplified geospatial model that does not take the infrastructure, which affects events and effects in the real world, into account. There are various available algorithms for interpolation and the calculation of routes on infrastructure based graphs and distances on geospatial data. This work proposes a combined approach by interconnecting detailed geospatial data whilst regarding the underlying infrastructure model.
Pregnancy loss is the most common complication in pregnancy. Yet those who experience it can find it challenging to disclose this loss and feelings associated
with it, and to seek support for psychological and physical recovery. We describe our process for
interleaving interviews, theoretical development, speculative design, and prototyping Not Alone to
explore the design space for online disclosures and
support seeking in the pregnancy loss context.
Interviews with 27 women who had experienced pregnancy loss resulted in theoretical concepts such as
“network-level reciprocal disclosure” (NLRD). We discuss how interview findings informed the design of
the Not Alone prototype, a mobile application aimed at enabling disclosure and social support exchange among those with pregnancy loss experience. The Not Alone prototype embodies concepts that facilitate NLRD: perceptions of homophily, anonymity levels, and selfdisclosure by talking about one’s experience and engaging with others’ disclosures. In future work, we will use Not Alone as a technology probe for exploring
NLRD as a design principle.
Der Einsatz des ISOBUS zeigt, dass Bedarf an Datenkommunikation auch auf landtechnischen Gespannen besteht. Jedoch wird auch deutlich, dass der ISOBUS mit seiner relativ geringen Datenrate keine Ressourcenreserven für neue Anwendungen aufweist. Aus diesem Grund ist der Wechsel der Übertragungstechnologie für die Weiterentwicklung des ISOBUS zu einem High-Speed ISOBUS notwendig. Eine geeignete und im weiteren Verlauf näher betrachtete Technologie für den Wechsel ist Ethernet. Es wird gezeigt welche Potenziale für den ISOBUS durch Ethernet entstehen und welche Herausforderungen dabei bewältigt werden müssen.