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Abschlussbericht zum BMBF-Fördervorhaben Enabling Infrastructure for HPC-Applications (EI-HPC)
(2020)
Als rohstoffarme und exportorientierte Wirtschaftsnation ist die Bundesrepublik in ho- hem Maß auf die Sicherung und Sicherheit der Logistikketten im grenzüberschreiten- den Verkehr angewiesen. Angesichts der komplexen Transportstrukturen bei grenz- überschreitenden Transporten kommt den eingesetzten Kontroll- und Prüfverfahren besondere Bedeutung zu: Einerseits müssen Kostenbelastungen, Unterbrechungen und Verzögerungen in der Transportkette minimiert, andererseits besonders illegale Einfuhren, Transporte und Substanzen unterbunden werden. Von besonderer Bedeu- tung für Verdachts- bzw. Stichprobenkontrollen ist der Einsatz speziell trainierter Spür- hunde. Als besonders leistungsfähige ‚lebende Sensoren‘ sind sie in der Lage, eine Vielzahl von Stoffen zu detektieren. Der Einsatz von Spürhunden unterliegt allerdings engen Grenzen: Hoher Trainingsaufwand, eng begrenzte Einsatzdauer, begrenzte Verfügbarkeit. Die Entwicklung neuer, optimierter Einsatzverfahren für Spürhunde z. B. mit höheren Durchsatzraten und überprüfbarer Verlässlichkeit durch Einbindung technischer Systeme ist daher ein wichtiger Beitrag für die Sicherung und Sicherheit der Logistikketten.
AErOmAt Abschlussbericht
(2020)
Das Projekt AErOmAt hatte zum Ziel, neue Methoden zu entwickeln, um einen erheblichen Teil aerodynamischer Simulationen bei rechenaufwändigen Optimierungsdomänen einzusparen. Die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) hat auf diesem Weg einen gesellschaftlich relevanten und gleichzeitig wirtschaftlich verwertbaren Beitrag zur Energieeffizienzforschung geleistet. Das Projekt führte außerdem zu einer schnelleren Integration der neuberufenen Antragsteller in die vorhandenen Forschungsstrukturen.
Der Einsatz von Agentensystemen ist vielfältig, dennoch sind aktuelle Realisierungen lediglich in der Lage primär regelkonformes oder aber „geskriptetes“ Verhalten auch unter Einsatz von randomisierten Verfahren abzubilden. Für eine realistische Repräsentation sind jedoch auch Abweichungen von den Regeln notwendig, die nicht zufällig sondern kontextbedingt auftreten. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde ein realitätsnaher Straßenverkehrssimulator realisiert, der mittels eines detailliert definierten Systems für kognitive Agenten auch diese irregulären Verhaltensweisen generiert und somit ein realistisches Verkehrsverhalten für die Verwendung in VR-Anwendungen simuliert. Durch das Erweitern der Agenten mit psychologischen Persönlichkeitsprofilen, basierend auf dem „Fünf-Faktoren-Modell“, zeigen die Agenten individualisierte und gleichzeitig konsistente Verhaltensmuster. Ein dynamisches Emotionsmodell sorgt zusätzlich für eine situationsbedingte Adaption des Verhaltens, z.B. bei langen Wartezeiten. Da die detaillierte Simulation kognitiver Prozesse, der Persönlichkeitseinflüsse und der emotionalen Zustände erhebliche Rechenleistungen verlangt, wurde ein mehrschichtiger Simulationsansatz entwickelt, der es erlaubt den Detailgrad der Berechnung und Darstellung jedes Agenten während der Simulation stufenweise zu verändern, so dass alle im System befindlichen Agenten konsistent simuliert werden können. Im Rahmen diverser Evaluierungsiterationen in einer bestehenden VR-Anwendung – dem FIVIS-Fahrradfahrsimulator des Antragstellers - konnte eindrucksvoll nachgewiesen werden, dass die realisierten Konzepte die ursprünglich formulierten Forschungsfragestellung überzeugend und effizient lösen.
Kaum ein anderes Segment im Gesundheitswesen in Deutschland steht so im Fokus der Qualitätssicherung wie die medizinische Rehabilitation. So sind leitliniengetreue Therapien oder ausgereifte Zertifizierungsverfahren längst existenzielle Belegungsvoraussetzungen für die Rehabilitationseinrichtungen. Ohne ein funktionierendes Qualitätsmanagementsystem darf eine Rehabilitationsklinik nicht belegt werden (§20 SGB IX) – das ist einmalig im Gesundheitssystem. Die Rehabilitationskliniken sind damit Vorreiter in Sachen Qualität im Gesundheitswesen.
Das Cutting sticks-Problem ist in seiner allgemeinen Formulierung ein NP-vollständiges Problem mit Anwendungspotenzialen im Bereich der Logistik. Unter der Annahme, dass P ungleich NP (P != NP) ist, existieren keine effizienten, d.h. polynomiellen Algorithmen zur Lösung des allgemeinen Problems.
In diesem Papier werden Ansätze aufgezeigt, mit denen bestimmte Instanzen des Problems effizient berechnet werden können. Für die Berechnung wichtige Parameter werden charakterisiert und deren Beziehung untereinander analysiert.
Schwingungen sind Bestandteil einer jeden Maschine mit beweglichen Teilen, manchmal sind sie unbedeutend, manchmal deutlich merkbar. Die Überwachung von Schwingungen einer Maschine kann dazu dienen, die Maschinenfunktion zu kontrollieren oder auch frühzeitig Verschleißschäden zu erkennen. Stand der Technik ist die Messung von Schwingungen mit präzisen, aber auch kostenintensiven piezoelektrischen Beschleunigungssensoren und aufwändigen Messsystemen. Solche konventionellen Systeme sind für hochpreisige Maschinen und Anlagen, z. B. Windkraftanlagen, einsetzbar, aber nicht für kleine und mittelgroße Maschinen. Hier besteht der Bedarf an wirklichen Low-Cost Messsystemen, die so günstig sind, dass sie permanent in die Maschine integriert sind und permanent die Schwingungen überwachen. Im Forschungsprojekt wurde ein Baukasten aus kommerziell verfügbaren Komponenten entwickelt, mit dem Low-Cost Schwingungsmesssysteme aufgebaut werden können.
Um das digitale Storytelling für Medienunternehmen lukrativ nutzbar zu machen, existiert eine zunehmende Zahl von Tools, Software also, die das deutlich weniger zeitaufwendige Produzieren mithilfe zur Verfügung stehender Seitenvorlagen möglich machen. Drei oftmals verwendete Tools zur Produktion als auch zur Veröffentlichung von Beiträgen im digitalen Storytelling sind Atavist, Pageflow und Shorthand. Statt eigenem Programmieren können verschiedene multimediale Elemente in der Regel mit wenigen Mausklicks integriert werden. Nicolas Kaufmann beschäftigt sich in seiner Abschlussarbeit zum Bachelor of Science mit dem Thema "Digitales Storytelling - Eine Untersuchung zu Darstellungsformen, Nutzen und Tools".
Neue technologische Entwicklungen basieren immer mehr auf einer
zunehmenden Mathematisierung, gerade in den Ingenieurwissenschaften.
Nicht erst seit PISA ist jedoch zu beobachten, dass sich das
belastbare mathematische Grundwissen vieler Studienanfänger in den letzten Jahren verringert hat.
Im vorliegenden Beitrag wird dieses Spannungsfeld, in dem sich die Ingenieurmathematik befindet, aus Sicht von Fachhochschuldozenten beschrieben. Ausgehend von den Ausbildungszielen der Ingenieurmathematik werden Anforderungen an die Schulmathematik abgeleitet.
Diese Anforderungen werden beispielhaft für die Einführung und den Umgang mit den mathematischen Objekten Zahlen, Terme, Gleichungen und Funktionen konkretisiert.
Ziel ist eine Sensibilisierung von Mathematiklehrerinnen und -lehrern, um ihre Schulabsolventinnen und -absolventen besser für ein zukünftiges ingenieurwissenschaftliches Studium zu rüsten.
Im Rahmen der Förderlinie „FDMScouts.nrw“ arbeiten zehn Hochschulen kooperativ an Strukturen und Prozessen für einen nachhaltigen Aufbau des Forschungsdatenmanagements an den betreffenden Hochschulen für angewandte Wissenschaften und Fachhochschulen.
Hierbei ist ausschlaggebend, das Forschungsdatenmanagement zielgerichtet und bedarfsorientiert zu konzipieren und sowohl strategisch als auch operativ zu verankern. Ausgangspunkt dieser Bemühungen bildet daher eine Bedarfserhebung, die bestehende Datenworkflows, Vorwissen und Bedarfe der Forschenden zum FDM erfassen soll. In Abstimmung innerhalb der Förderlinie „FDMScouts.nrw“ wurde der vorliegende Umfragebogen erstellt.
Der Erhebungsbogen basiert auf der Vorlage „Fragenkatalog zur Bedarfserhebung zur Archivierung und Bereitstellung von Forschungsdaten an den rheinland-pfälzischen Universitäten und Hochschulen für angewandte Wissenschaften“ (Lemaire et al. 2022). Darüber hinaus wurden Aspekte aus „UNEKE: Forschungsdatenspeicherung - Praxis und Bedarfe: Online-Survey 2019“ (Brenger et al. 2019) und aus „Anforderungserhebung bei den brandenburgischen Hochschulen“ (Radtke et al. 2020) entnommen. Als weitere Quelle diente der „Interviewleitfaden zur Bestands- und Bedarfserhebung im Forschungsdatenmanagement (FDM) - Projekt FDM-TUDO“ der TU Dortmund (Kletke et al. 2022).
Ziel der vorliegenden Studie ist eine möglichst umfassende Bestandsaufnahme der entwicklungsbezogenen Forschung, Lehre und forschungsgestützten Beratung in Nordrhein-Westfalen. Eine solche Bestandsaufnahme der wissenschaftlichen Aktivitäten 1) im Entwicklungsbereich ist insofern bedeutsam, als Entwicklungsländer und ihre (kommenden) Eliten für das Land NRW als entwicklungs- und außenwirtschaftlicher Akteur von wachsender Bedeutung sind. Tendenzen, Themen, Kooperationspartner und Netzwerke der Wissen-schaft hier und in den Entwicklungsländern zu kennen kann hilfreich sein. Zudem lassen sich wissenschaftspolitische Schlussfolgerungen ziehen, die für die Internationalisierung der nordrhein-westfälischen Hochschulen und innovative Formen transdimensionaler Vernetzung von Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft wertvoll sein können.
Das Cutting sticks-Problem ist ein NP-vollständiges Problem mit Anwendungspotenzialen im Bereich der Logistik. Es werden grundlegende Definitionen für die Behandlung sowie bisherige Ansätze zur Lösung des Problems aufgearbeitet und durch einige neue Aussagen ergänzt. Insbesondere stehen Ideen für eine algorithmische Lösung des Problems bzw. von Varianten des Problems im Fokus.
Im gemeinsamen Verbundprojekt analysierte das IZNE die Wahrnehmung gesundheitlicher und finanzieller Wertschöpfungsaspekte des betrieblichen Mobilitätsmanagements (BMM). Hierzu wurden 178 Betriebe schriftlich und 22 Betriebsleiter in persönlichen Interviews zu Maßnahmen der betrieblichen Gesundheitsförderung (BGF) sowie 1.341 Arbeitnehmer aus 14 Unternehmen im Raum Bonn zu ihrem Mobilitätsverhalten befragt. Die Einschätzung der tatsächlichen Existenz und des gesundheitlichen und wirtschaftlichen Nutzens des BMM sollte Bedarf und Optimierungspotentiale erkennbar machen.
Die nationale Politik- und Forschungsstrategie Bioökonomie sieht eine Transformation der Wirtschaft vor, bei der die Verwendung fossiler Rohstoffe zunehmend durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe ersetzt wird. Der Einsatz biobasierter Kunststoffe soll dabei gefördert werden. Erste Analysen der Berichterstattung zu Biokunststoffen im Rahmen einer Pilotstudie ergaben, dass der Grundgedanke biologisch abbaubarer Kunststoffe breite Zustimmung im öffentlichen Diskurs erfährt. Abseits der soziopolitischen Diskursebene entwickelt sich jedoch eine medial geführte Diskussion um erhebliche Probleme mit den Stoffen in der Abfallwirtschaft. Die Gefahr besteht nun, dass diese Haltung verbreitet durch die Massenmedien auf die öffentliche Meinung abfärbt. Mangelnde öffentliche Akzeptanz könnte den Erfolg von innovativen Biokunststoff-Produkten gefährden.
BonaRes (Modul A): Überwindung der Bodenmüdigkeit mithilfe eines integrierten Ansatzes - ORDIAmur
(2019)
Chloride in Mosel und Saar
(1992)
Digitalisierung eines Pen-&-Paper-Rollenspiels mit Übertragung von Interaktionen in die reale Welt
(2015)
Das hier vorliegende Werk ist eine Zusammenführung des Masterprojekts und der darauf aufbauenden Masterarbeit von Antony Konstantinidis und Nicolas Kopp. Diese Arbeiten sind in den Jahren 2013 und 2014 entstanden und ergeben zusammen ein umfassendes Bild der Software- und Spielenentwicklung, der Konzeption von Echtzeitanwendungen und vermitteln Hintergründe aus den verschiedensten Bereichen der Mixed Reality, des Storytelling, der Netzwerkkonzeption und der künstlichen Intelligenz.
Das Cutting sticks-Problem ist in seiner allgemeinen Formulierung ein NP-vollständiges Problem mit Anwendungspotenzialen im Bereich der Logistik. Unter der Annahme, dass P ungleich NP (P != NP) ist, existieren keine effizienten, d.h. polynomiellen Algorithmen zur Lösung des allgemeinen Problems.
In diesem Papier werden für eine Reihe von Instanzen effiziente Lösungen angegeben.
Bei der Übertragung und Speicherung von Daten ist es eine wesentliche Frage, inwieweit die Daten komprimiert werden können, ohne dass deren Informationsgehalt verloren geht.
Ein Maß für den Informationsgehalt von Daten ist also von grundlegender Bedeutung. Vor etwa siebzig Jahren hat C. E. Shannon ein solches Maß eingeführt und damit das Lehr- und Forschungsgebiet der Informationstheorie begründet, welches seit dem bis heute hin wesentlich zur Konzeption und Realisierung von Informationsund Kommunikationstechnologien beigetragen hat. Etwa zwanzig Jahre später hat A. N. Kolmogorov ein anderes Maß für den Informationsgehalt von Daten eingeführt. Während die Shannonsche Informationstheorie zum Curriculum von mathematischen, informatischen und elektrotechnischen Studiengängen gehört, ist die Algorithmische Informationstheorie von Kolmogorov weit weniger bekannt und eher Gegenstand von speziellen Lehrveranstaltungen.
Seit einigen Jahren nimmt allerdings die Beschäftigung mit dieser Theorie zu, zumal in der einschlägigen Literatur von erfolgreichen praktischen Anwendungen der Theorie berichtet wird. Die vorliegende Arbeit gibt eine Einführung in grundlegende Ideen dieser Theorie und beschreibt deren Anwendungsmöglichkeiten bei einigen ausgewählten Problemstellungen der Theoretischen Informatik.
Die Ausarbeitung kann als Skript für einführende Lehrveranstaltungen in die Algorithmische Informationstheorie sowie als Lektüre zur Einarbeitung in die Thematik als Ausgangspunkt für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten verwendet werden.
Workflow-Management-Systemen (WFMS) kommt bei der prozeßorientierten Neugestaltung der Unternehmenstätigkeit eine zentrale Rolle zu. Jedoch erschweren ein bislang noch uneinheitliches Verständnis der grundlegenden Architektur und Aufgaben eines WFMS die Gestaltung von WFMS-gestützten Unternehmensprozessen. In dieser Situation können sich WFMS-Referenzarchitekturen als sehr hilfreich erweisen, da sie ordnend in die heterogene Landschaft prozeßorientierter Konzepte, Architekturen und Systeme eingreifen. Ausgehend von zwei bekannten WFMS-Referenzarchitekturen und einer Abgrenzung der Funktionen eines WFMS präsentiert der vorliegende Beitrag eine allgemeine WFMS-Rahmenarchitektur, die auf einem Client/Server-Modell des Workflow-Computing basiert. Zwecks Demonstration der praktischen Relevanz werden ausgewählte Komponenten konkreter WFMS in die Rahmenarchitektur eingeordnet.
Ziel des hier beschriebenen Forschungsprojekts war die Entwicklung eines prototypischen Fahrradfahrsimulators für den Einsatz in der Verkehrserziehung und im Verkehrssicherheitstraining. Der entwickelte Prototyp soll möglichst universell für verschiedene Altersklassen und Applikationen einsetzbar sowie mobil sein.
Anhand detaillierter Netzanalysen für ein reales Mittelspannungsnetzgebiet konnte gezeigt werden, dass sowohl die Einbindung von Prognosedaten auf Basis von Satelliten und Wetterdaten, als auch die Verbesserung von Folgetagsprognosen auf der Basis numerischer Wettermodelle einen deutlichen Mehrwert für ein prognosebasiertes Engpassmanagement bzw. Redispatch und Blindleistungsmanagement im Verteilnetz aufweisen. Auch Kurzfristprognosen auf der Basis von Satellitendaten haben einen positiven Effekt. Ein weiterer wichtiger Mehrwert des Projektes ist auch die Rückmeldung der kritischen Prognosesituationen aus Sicht der Anwendungsfälle, so dass wie bereits im Projekt gezeigt und darüber hinaus, Prognosen zielgerichteter auf die Anwendung im Verteilnetzbetrieb ausgelegt und optimiert werden können.
Weiterhin konnten Prognoseverbesserungen für das Vorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes durch die Assimilation von sichtbaren Satellitenbildern erreicht werden. Darüber hinaus wurden Wolken- und Strahlungsprodukte aus Satelliten verbessert und somit die Datenbasis für die Kurzfristprognose als auch für die Assimilation.
Darüber hinaus wurden verschiedene Methoden entwickelt, die zukünftig zu einer weiteren Prognoseverbesserung, insbesondere für Wettersituationen mit hohen Prognosefehlern, führen könnten. Solche Situationen wurden aus Sicht des Netzbetriebs und mithilfe von satellitenbasierten Analysen der Gesamtwetterlage für die Perioden der MetPVNet Messkampagnen identifiziert. Hierbei handelte es sich insbesondere um Situationen mit starker oder stark wechselhafter Bewölkung.
Für die MetPVNet Messkampagnen wurde auf der Basis eines Trainingsdatensatzes und in Abhängigkeit der Variabilitätsklasse die Abweichung der bodennahen Einstrahlung von Satellitendaten oder von Strahlungsprognosen quantifiziert. Diese Art der Informationen bietet zukünftig die Möglichkeit zur Bewertung der Prognosegüte.
Die im Folgenden dargestellten wichtigsten Ergebnisse des Teilprojektes 5 "Mathematische Beschreibung der relevanten physikalischen Prozesse und numerische Simulation von Wasseraufbereitung und -verteilung" beziehen sich auf die Arbeitspakete 2 "Daten und Methoden zum Modellaufbau, zur Zustandsschätzung, Prognose und Bewertung" und 3 "Physikalische Modelle und Numerische Verfahren".
forschung@h-brs
(2011)
Kollaborative Industrieroboter werden für produzierende Unternehmen immer kosteneffizienter. Während diese Systeme für den menschlichen Mitarbeiter eine große Hilfe sein können, stellen sie gleichzeitig ein ernstes Gesundheitsrisiko dar, wenn die zwingend notwendigen Sicherheitsmaßnahmen nur unzureichend umgesetzt werden. Herkömmliche Sicherheitseinrichtungen wie Zäune oder Lichtvorhänge bieten einen guten Schutz, aber solch statische Schutzvorrichtungen sind in neuen, hochdynamischen Arbeitsszenarien problematisch.
Im Forschungsprojekt BeyondSPAI wurde ein Funktionsmuster eines Multisensorsystems zur Absicherung solcher dynamischer Arbeitsszenarien entworfen, implementiert und im Feld getestet. Kern des Systems ist eine robuste optische Materialklassifikation, die mit Hilfe eines intelligenten InGaAs-Kamerasystems Haut von anderen typischen Werkstückoberflächen (z.B. Holz, Metalle od. Kunststoffe) unterscheiden kann. Diese einzigartige Eigenschaft wird genutzt, um menschliche Mitarbeiter zuverlässig zu erkennen, so dass ein konventioneller Roboter in Folge als personenbewusster Cobot arbeiten kann.
Das System ist modular und kann leicht mit weiteren Sensoren verschiedenster Art erweitert werden. Es kann an verschiedene Marken von Industrierobotern angepasst werden und lässt sich schnell an bestehenden Robotersystemen integrieren. Die vier vom System bereitgestellten Sicherheitsausgänge können dazu verwendet werden - abhängig von der durchdrungenen Überwachungszone - entweder eine Warnung auszugeben, die Bewegung des Roboters auf eine sichere Geschwindigkeit zu verlangsamen, oder den Roboter sicher anzuhalten. Sobald alle Zonen wieder als „eindeutig frei von Personen“ identifiziert sind, kann der Roboter wieder beschleunigen, seine ursprüngliche Bewegung wiederaufnehmen und die Arbeit fortsetzen.