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Vonnegut vom General Electric Research hat zusammen mit Langmuir und Schäfer in 1947 die Eigenschaft von Silberjodid (AgI) Niederschläge wie Regen, Schnee, Eis auszulösen, untersucht. Hierfür werden die Gewitterwolken im frühen Entwicklungsstadium im Bereich der Aufwindzonen angeflogen. Bei einer Höhe zwischen ein und fünf Kilometer werden die AgI-Generatoren, die an den Flugzeugtragflächen angebracht sind, eingeschaltet. Die Generatoren verbrennen die Lösung, die als Komplex zusammen mit Wasser und Aceton im Behälter vorliegt. Der entstehende Silberjodid-Rauch löst einen Niederschlag in Form von Regen, Schnee oder Graupel aus. Die Gewitterwolke verliert dadurch die erforderliche Energie, um größere Hagelkörner zu bilden. Die Effektivität von Silberjodid-Kristallen zur Bildung von Eiskristallen und Niederschlägen wird auf die hexagonale Struktur zurückgeführt, wie sie auch die Eiskristalle in der Luft haben. Die optimale Menge, mit der die Wolken geimpft werden liegt bei 11 g pro Liter Lösung. Aufgrund der geringen Löslichkeit von Silberjodid in Wasser wird die Löslichkeit in Komplexen wie z.B. im AgI-KI-Wasser-Aceton-Gemisch gesteigert. Die Impfung der Gewitterwolken ist bei Aufwinden zwischen 3 m/s und 5 m/s, also im Frühstadium effektiv. Dabei spielt jedoch auch die Partikelgröße eine entscheidende Rolle. Monodisperse Partikel mit einem Durchmesser von 10 Nanometern sind bis zu Temperaturen von -17 °C und Partikel mit 100 Nanometer Durchmesser sind bei etwa -10 °C aktiv. Die Versuche belegen eine effektive Eiskristallbildungsfähigkeit von Silberjodid ab -5 °C. Unter Laborbedingungen ist stets eine Wirksamkeit ermittelt worden. Bei Versuchen unter realen Bedingungen schwankt die effektive Temperatur ab der das Silberjodid Eiskristalle bildet. Das standardisierte Vorgehen bei der Wolkenimpfung dient daher der Vermeidung von Abweichungen bei der Ermittlung der Effektivität von Silberjodid.
Open Educational Resources (OER) in der Hochschullehre - Anwendungsfall Informationssicherheit
(2016)
Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Chancen von Open Educational Resources (OER) im Bereich Informationssicherheit festzustellen und zu fördern. Dabei liegt der Hauptfokus auf Bildungsmaterialien für die Hochschullehre. Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine analytische Bestandsaufnahme der aktuellen Quellenlage von Materialien der Informationssicherheit durchgeführt. Die Ergebnisse werden in einer Datenbank festgehalten und theoretisch ausgewertet. Dies zeigt, dass aktuell nur wenige OER im Bereich Informationssicherheit verfügbar sind. Es stehen jedoch vielseitige Ausgangsmaterialien zur Verfügung. Um diese verarbeiten zu können, wird ein Handbuch für OER-Ersteller erarbeitet. Dieses bietet didaktische und lizenzrechtliche Hinweise für die OER-Erstellung. Als Beispiel zur Umsetzung dient das erstellte OER "Risikomanagement in der Informationssicherheit - Risikoidentifikation". Abschließend evaluiert diese Arbeit in theoretischer Form eine Möglichkeit, studentische Arbeiten unter einer freien Lizenz zu veröffentlichen.
In der vorliegenden Masterarbeit wurden verschiedene Ansteuerungsstrategien für den Betrieb von dreiphasigen Active-Neutral-Point-Clamped- (ANPC) Mittelspannungs-Netzumrichtern mit Siliziumkarbid (SiC) Halbleiterschaltelementen untersucht. Durch die Vielzahl an aktiven Schaltelementen können bei der ANPC-Topologie zur Modellierung des gewünschten Ausgangssignals zahlreiche unterschiedliche Ansteuerungsstrategien eingesetzt werden. Je nach gewählter Ansteuerungsstrategie können so unter anderem die Faktoren Schalt- und Durchlassverluste, Wirkungsgrad, Verlustverteilung, Schalter- und Ausgangsschaltfrequenz, der Oberschwingungsanteil des Ausgangssignals, sowie die maximale Spannungsbelastung der Halbleiter beeinflusst werden.
Neben der elektrotechnischen Beschreibung der aktuell eingesetzten Umrichter-Technologien wurden in dieser Arbeit primär aus aktuellen Veröffentlichungen und Dissertationen verschiedene Möglichkeiten für die Ansteuerung von ANPC-Umrichter zusammengetragen und insgesamt sieben Sinus-Pulsweiten-Modulationsstrategien (S-PWM) im Detail untersucht. Hierbei wurde für jede vorgestellte Modulationsstrategie das Grundfunktionsprinzip aufgezeigt und analysiert, sowie die sich daraus ergebenden Vor- und Nachteile herausgearbeitet.
Anschließend wurden alle vorgestellten S-PWM-Strategien in der Schaltungssimulationssoftware PLECS implementiert und diese in verschiedenen Betriebszuständen simuliert. Die Simulation ergab, dass sich bei der ANPC-ALD-Strategie eine bestmögliche Verlustverteilung zwischen den Halbleiterelementen einstellt, bei der ANPC-OOZS-Strategie die geringsten Durchlassverluste entstehen und bei den Strategien ANPC-DF, -12, -R2:1 und -SSLD im Bereich der Nulldurchgänge des Ausgangssignals an den inneren Halbleitern kurzzeitige kritische Überspannungen auftreten. Bei den Strategien ANPC-11-Sync, -ALD und -OOZS treten dagegen keine Überspannungen an den Halbleitern auf.
Ausgehend von diesen Simulationsergebnissen wurden die Strategien ANPC-DF, -ALD und -OOZS für den potentiellen Einsatz in Mittelspannungsumrichtern ausgewählt, auf einem FPGA-Board implementiert und damit eine geeignete Niederspannungstestplattform in Betrieb genommen. Durch praktische Messungen auf dieser Testplattform konnten die Simulationsergebnisse in einem ersten Schritt verifiziert werden. Sowohl das erstellte Simulationsmodell als auch die in Betrieb genommene Testplattform können somit zukünftig für weitere Untersuchungen im Bereich der ANPC-Umrichter-Ansteuerungsstrategien eingesetzt werden.
Die vorliegende Arbeit gibt industriellen Entscheidern, Softwareentwicklern, Geräteherstellern und Standardisierungsgremien einen Überblick über die Problematiken bei der Entwicklung plattformübergreifender Anwendungen zum Abruf, zur Visualisierung und zur Modifizierung heterogener Informationen von unterschiedlichen Geräten über standardisierte Kommunikationstechnologien unter mit Einbezug etablierter Geräteintegrationstechnologien. Zum Aufzeigen der Problematiken wurden exemplarisch die Technologien Open Platform Communications Unified Architecture für den standardisierten Kommunikationsaustausch und Field Device Tool als etablierte Geräteintegrationstechnologie zur Umsetzung der prototypischen Implementierung verwendet. Die wichtigsten Erkenntnisse dieser Arbeit sind neben der Notwendigkeit eines auf plattformübergreifenden Plattformen lauffähigen Toolkits, die Erfordernis zur dynamischen Visualisierung der Daten asymmetrischen Typs, die aufgrund der Informationstypenvielfalt des Open Platform Communications Unified Architecture Standards bestehen. Weiterhin zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit die Möglichkeit zur Integration etablierter Geräteintegrationsstandards, sofern diese Integration von den Standardisierungsgremien der etablierten Technologien korrekt realisiert wurde.
Die vorliegende Masterarbeit analysiert die Problematiken effektiver grafischer Repräsentationen in digitalen Informationssystemen, die mit besonders hoherund dynamischer Datendichte und Datenquellen einhergehen. Anschließend an die Analyse der Problematiken erarbeitet der Autor dieser Forschungsarbeit ein konzeptuelles Modell zur Bewältigung der geschilderten Problematiken, auf Basis von semantisch beschriebenen, wiederverwendbaren grafischen Visualisierungselementen und den ebenfalls semantisch beschriebenen in die Visualisierung zu überführenden Daten. Besonders hervorzuhebende Erkenntnisse dieser Masterarbeit sind die Identifikation von Qualitätskriterien zur Zielführung einer effektiven Visualisierung gemäß der visuellenWahrnehmung des menschlichen kognitiven Systems, die Notwendigkeit zur Erweiterung der Vokabularmenge der schema.org-Ontologie zur Anwendung der identifizieren Qualitätskriterien und das Auffinden geeigneter Visualisierungselemente sowie das Zuordnen der Daten zu entsprechenden Visualisierungselementen über den Aufbau und Vergleich einer Baumstruktur für sowohl die Daten als auch die der Visualisierungselemente. Diese Forschungsarbeit ist von besonderer Relevanz für Entscheider, Projektmanager und Softwareentwickler, die digitale Informationssysteme mit einer hohen Anzahl an heterogenen Datensätzen und Datenquellen entwickeln.
Digital twin as a service : Ressourcenmanagement mit Energiedaten aus cyber-physischen Systemen
(2019)
Die Energiewende führt zu einer Paradigmenänderung. Der Zeitpunkt der Energieabnahme wird sich zunehmend an dem der Energieerzeugung orientierten. Die Steuerung des Energiebedarfs kann durch energieorientierte Produktionsplanung gesteigert werden. Dies erfordert eine Vorhersage des Energiebedarfs. Hierfür wird ein System entwickelt, das eine Modellierung mittels maschinellen Lernens nutzt. Die Datenbasis wird durch eine Vorgehensweise zur Abstrahierung von Fertigungsmaschinen erzeugt. Das System besteht aus gruppierten Microservices, es berücksichtigt die unterschiedlichen Anforderungen der Modelle an die Infrastruktur. Die Modelle sind in digitalen Zwillingen integriert, die als Dienst genutzt werden. Hierdurch ist eine effiziente Adaption von ˜Äderungen an Fertigungsmaschine oder Modell-Methodik möglich. Eine exemplarische Anwendung der Abstraktionsmethode und der Modellierung mittels neuronalen Netzes demonstrieren die Umsetzbarkeit.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss von Apps und virtuellen Welten auf die Akzeptanz und die Motivation von Läufern zu ermitteln. Dafür wird der Begriff der Motivation anhand von Motivationsmodellen erklärt und auf den Laufsport angewendet. Durch den praktischen Teil der Arbeit, wurde mittels einer Studie herausgefunden wie Probanden auf virtuelle Welten während einer Laufeinheit auf einem Laufband reagieren und diese bewerten. Die Grundlage und Idee des Themas dieser Bachelorarbeit, war unter anderem eine virtuelle Laufapp. 2009 gab es an der Hochschule Furtwangen die Projektgruppe „Virtual Marathon“. Unter der Leitung von Prof. Dr. Dittler, war das Ziel des Projektes eine virtuelle Welt für den Laufsport zu erschaffen. Dafür filmte die Gruppe verschiedene Laufstrecken ab und projizierte diese Videos anschließend auf eine Leinwand, vor welcher ein Laufband installiert wurde. Heutige Apps nutzen dieselbe Technik, nur auf aktuellerem Stand und mit einer Vielzahl von mehr Strecken.
Im Rahmen dieser Master-Thesis wurden Verfahren zum Transfer eines Arrays kleiner Dies (unverkapselte Chips) mit einer Kantenlänge von 250 μm bis 300 μm untersucht. Die Dies sollten hierbei von UV-lichtempfindlicher Folie selektiv abgehoben und auf einem Zielsubstrat abgesetzt werden. Als Verfahren wurde die Stempeltechnologie gewählt. Zum Aufnehmen der Dies wurden Stempel aus Silikon gegossen. Als Substrate zum Absetzen der Dies wurden Gläser mit Zucker beschichtet. Zur Überprüfung des Verfahrens wurden Zugversuche durchgeführt. Die senkrechte Abzugskraft der verwendeten Folie und der Silikonstempel wurde ermittelt. Durch Abzugstests der Folie im belichteten und unbelichteten Zustand wurden die genutzten Belichtungsprozesse überprüft. Das Umsetzen wurde mit gesägten Stücken eines Siliziumwafers durchgeführt. Es konnte nachgewiesen werden, dass das Umsetzen mit Silikonstempeln möglich ist und die erzeugten Kräfte hierfür ausreichen. Die Herstellung und Vorbereitung der gesägten Siliziumwürfel erwies sich hierbei als kritischer Prozess, was die Reproduzierbarkeit der Umsetzung stark beeinträchtigt.