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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 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.
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.
Die Vielfalt von heutzutage auftretenden Datenstrukturen schafft Bedarf für individu-
ell abgestimmte Analyseplattformen. Dabei benötigte Ressourcen sind vom jeweiligen
Anwendungsfall abhängig. Diese Arbeit diskutiert Broker für die Virtualisierung der
verarbeitenden Anwendungen, welche durch ein abstrahiertes Dashboard bedient wer-
den. Eine Domain Specific Language ermöglicht die Generierung eines Grundgerüsts
entsprechender Komponenten, die mit individueller Logik anzureichern sind. Die be-
schriebene Architektur bezieht sich zu großen Teilen auf den Umgang mit den flexiblen
Eingangsdaten von virtualisierten Verarbeitungsplattformen.