Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation
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Impact of atmospheric aerosols on photovoltaic energy production - Scenario for the Sahel zone
(2017)
Photovoltaic (PV) energy is one option to serve the rising global energy need with low environmental impact. PV is of particular interest for local energy solutions in developing countries prone to high solar insolation. In order to assess the PV potential of prospective sites, combining knowledge of the atmospheric state modulating solar radiation and the PV performance is necessary. The present study discusses the PV power as function of atmospheric aerosols in the Sahel zone for clear-sky-days. Daily yields for a polycrystalline silicon PV module are reduced by up to 48 % depending on the climatologically-relevant aerosol abundances.
Die allgemeine Konnotation von Technik mit Männlichkeit hat Auswirkungen auf die Berufswahlentscheidungen und das Technikverständnis von jungen Frauen. Nur gut 22 Prozent aller Studierenden in den Ingenieurswissenschaften waren 2014 in Deutschland weiblich (vgl. MonitorING)1. Seit Jahren wird versucht, diese Zahlen nach oben zu korrigieren, indem man Programme für Mädchen und junge Frauen anbietet, die erste Kontakte zu technischen Arbeitsfeldern her stellen. Auch für bereits berufstätige Ingenieurinnen gibt es zahlreiche Förderprogramme, um den Drop-out hochqualiizierter Frauen auf der Karriere leiter zu verhindern. Dennoch verändern sich die prozentualen Anteile von Frauen in ingenieurswissenschaftlichen Studiengängen und Berufen kaum. Aktuelle Studien belegen, dass vor allem kulturell bedingte Erwartungen und Einstellungen hierfür verantwortlich sind (vgl. Paulitz 2012).
Comparación de perfiles de ansiedad matemática entre estudiantes mexicanos y estudiantes alemanes
(2017)
Se determinan los perfiles de ansiedad matemática de estudiantes mexicanos y estudiantes alemanes por medio de la aplicación de un cuestionario desarrollado ex profeso. La ansiedad matemática se define en términos de tres descriptores: creencias, actitudes y emociones. Los autores definen un Índice de Ansiedad Matemática, al aplicarlo encuentran que los estudiantes alemanes presentan un valor mayor de dicho Índice, lo que significa que tienen una mayor nivel de ansiedad matemática. Las diferencias en los valores del Índice de Ansiedad Matemática se interpretan en términos de diferencias culturales. La interpretación parece ser consistente con las diferencias culturales y se ajusta a los resultados obtenidos.
The mechanical properties of plastic components, especially if they are made of semi-crystalline polymers, are considerably influenced by the process conditions. The degree of crystallization influences thermal and mechanical properties. Even more important is the orientation of molecules due to stretching of the polymer melt. Anisotropic material properties are the result of such orientations. Up to now all these effects are not considered within the simulation models of blow molded parts.
We present a new multi-pixel high resolution (R ≳ 107) spectrometer for the Stratospheric Observatory for Far-Infrared Astronomy (SOFIA). The receiver uses 2 × 7-pixel subarrays in orthogonal polarization, each in an hexagonal array around a central pixel. We present the first results for this new instrument after commissioning campaigns in May and December 2015 and after science observations performed in May 2016. The receiver is designed to ultimately cover the full 1.8−2.5 THz frequency range but in its first implementation, the observing range was limited to observations of the [CII] line at 1.9 THz in 2015 and extended to 1.83−2.07 THz in 2016. The instrument sensitivities are state-of-the-art and the first scientific observations performed shortly after the commissioning confirm that the time efficiency for large scale imaging is improved by more than an order of magnitude as compared to single pixel receivers. An example of large scale mapping around the Horsehead Nebula is presented here illustrating this improvement. The array has been added to SOFIA’s instrument suite already for ongoing observing cycle 4.
Die Prognose über den Studienerfolg von Studierenden in MINT-Fächern wird häufig an ihre Prüfungsleistungen in mathematischen und naturwissenschaftlichen Veranstaltungen geknüpft. Die Relevanz von sprachlichen Kompetenzen, insbesondere der Textrezeption und -produktion, für Studium und Berufstätigkeit, gerade auch in ingenieurwissenschaftlichen Betätigungsfeldern, wird sowohl von den Studierenden als auch von Dozent*innen nicht erkannt oder zurückgestellt.
Salts and proteins comprise two of the basic molecular components of biological materials. Kosmotropic/chaotropic co-solvation and matching ion water affinities explain basic ionic effects on protein aggregation observed in simple solutions. However, it is unclear how these theories apply to proteins in complex biological environments and what the underlying ionic binding patterns are. Using the positive ion Ca2+ and the negatively charged membrane protein SNAP25, we studied ion effects on protein oligomerization in solution, in native membranes and in molecular dynamics (MD) simulations. We find that concentration-dependent ion-induced protein oligomerization is a fundamental chemico-physical principle applying not only to soluble but also to membrane-anchored proteins in their native environment. Oligomerization is driven by the interaction of Ca2+ ions with the carboxylate groups of aspartate and glutamate. From low up to middle concentrations, salt bridges between Ca2+ ions and two or more protein residues lead to increasingly larger oligomers, while at high concentrations oligomers disperse due to overcharging effects. The insights provide a conceptual framework at the interface of physics, chemistry and biology to explain binding of ions to charged protein surfaces on an atomistic scale, as occurring during protein solubilisation, aggregation and oligomerization both in simple solutions and membrane systems.
Unternehmen agieren in einem dynamischen Umfeld mit hoher Komplexität und Unsicherheit. Um dabei langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben, ist eine kontinuierliche Optimierung der Prozesse erforderlich. Eine konsequente Prozessorientierung wird daher seit langem angestrebt. Zur Ermittlung des aktuellen Standes der Prozessorganisation in deutschen Unternehmen hat die Gesellschaft für Organisation e. V. (gfo) eine Studie durchführen lassen, deren erste Ergebnisse hier vorgestellt werden.
Der Nutzen von Prozessmanagement für die Effizienz und Effektivität der Organisation von Unternehmen ist vielfach bestätigt. Eine Studie der gfo-Gesellschaft für Organisation stellt fest, dass der Umsetzungsgrad der Prozessorganisation in Unternehmen dennoch mangelhaft ist. Es fehlt die Unterstützung der Leitung, die selbst noch überwiegend funktional organisiert ist.
Simultaneous multifrequency radio observations of the Galactic Centre magnetar SGR J1745-2900
(2015)
Error analysis in a high accuracy sampled-data velocity stabilising system using Volterra series
(2015)
Hand speed is particularly important in boxing both for protection against incoming blows and delivering blows. Sixteen amateur boxers (10 male, 6 female) with varying levels of experience from a boxing gym performed 20 jabs and 20 cross punches in air. The movement was recorded with a small wrist mounted accelerometer under the glove. The maximum velocity of each punch was determined from the RMS acceleration profile. The mean values of the jab maximal velocity was higher than the cross maximal velocity for 9 participants. The cross showed some dependence on reach (Spearman's correlation coefficient r = 0.57) and the jab dependence on experience (Spearman's correlation coefficient r = 0.56). The accelerometer technique has some promise for routine assessment of fist speed.
Das AD 2000-Regelwerk ist der dominierende Standard für den Druckbehälterbau in Deutschland. Die bereits in anderen europäischen Ländern verbreitete DIN EN 13445 findet kaum Berücksichtigung. Dies allerdings zu Unrecht, denn ein aktueller Vergleich, der im Rahmen einer Bachelorarbeit durchgeführte wurde, zeigt: Die EN 13445 ist zu einer echten Alternative gereift. Gerade das Hauptargument gegen eine Umstellung, die steigenden Kosten, ist längst überholt.
The Project SupraMetall: Towards Commercial Fabrication of High-Temperature Superconducting Tapes
(2014)
Automated parameterization of intermolecular pair potentials using global optimization techniques
(2014)
In this work, different global optimization techniques are assessed for the automated development of molecular force fields, as used in molecular dynamics and Monte Carlo simulations. The quest of finding suitable force field parameters is treated as a mathematical minimization problem. Intricate problem characteristics such as extremely costly and even abortive simulations, noisy simulation results, and especially multiple local minima naturally lead to the use of sophisticated global optimization algorithms. Five diverse algorithms (pure random search, recursive random search, CMA-ES, differential evolution, and taboo search) are compared to our own tailor-made solution named CoSMoS. CoSMoS is an automated workflow. It models the parameters’ influence on the simulation observables to detect a globally optimal set of parameters. It is shown how and why this approach is superior to other algorithms. Applied to suitable test functions and simulations for phosgene, CoSMoS effectively reduces the number of required simulations and real time for the optimization task.
Das sogenannte „Deutschlandstipendium“ ist 2010 ins Leben gerufen worden. Gemäß den gesetzlichen Vorgaben sollen die Stipendien nach Begabung und Leistung vergeben werden. Darüber hinaus sollen auch gesellschaftliches Engagement oder besondere soziale, familiäre oder persönliche Umstände berücksichtigt werden. Bei der Finanzierung sind die Hochschulen zunächst auf das Einwerben privater Fördermittel angewiesen, die von Bund und Land um denselben Betrag aufgestockt werden. Die privaten Mittelgeber können für die von ihnen anteilig finanzierten Stipendien festlegen, aus welchen Studiengängen ihre Stipendiaten ausgewählt werden sollen. Die Hochschulen haben jedoch darauf zu achten, dass ein Drittel aller zu vergebenden Stipendien ohne eine entsprechende Zweckbindung vergeben werden. Einen direkten Einfluss auf die Auswahl einzelner Kandidaten dürfen die Förderer nicht haben. Vor diesem Hintergrund sind die Hochschulen angehalten, Anreize für private Förderer zu schaffen und parallel Bewerbungs- und Auswahlverfahren zu konzipieren, die die genannten gesetzlichen Vorgaben einhalten. Dadurch entsteht bei den Hochschulen ein erheblicher Verwaltungsaufwand. Zu dessen Reduzierung wird in diesem Artikel ein transparenter, nachvollziehbarer, zeit- und kostensparender Prozess durch einen programmierten Workflow beschrieben.
Die Norm EN ISO 13849-1 stellt explizite Anforderungen an sicherheitsgerichtete SPS-Software. Wie lassen sich diese im Maschinenbau praxisgerecht umsetzen? Mit dieser Frage hat sich ein von der DGUV gefördertes und an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg durchgeführtes Projekt beschäftigt. Der Beitrag skizziert die Vorgehensweise zur möglichen Umsetzung der normativen Anforderungen. Diese Vorgehensweise ist unabhängig von der verwendeten Sicherheits-SPS und daher allgemein anwendbar. Es wird auf insgesamt 10 dokumentierte Beispiele und einen ausführlichen Forschungsbericht verwiesen, die downloadbar sind.
Improving the study entry supports students in a decisive phase of their university education. Implementing improvements is a change process and can only be successful if the relevant stakeholders are addressed and convinced. In the described Teaching Quality Pact project evaluation data is used as a mean to discuss in the university the situation of the study programs. As these discussions were based on empirical data rather than on opinion, it was possible to achieve an open discussion about measures that are implemented. The open discussion is maintained during the project when results of the measures taken are analyzed.
Seit vielen Jahren ist der Übergang von der Schule zur Hochschule eines der zentralen Themen für didaktische Theorien, empirische Untersuchungen und bildungspolitische Diskussionen. Ein dabei identifiziertes großes Problem vieler Studierender ist, dass mit dem Abitur „eine Lebensphase mit meist klar definierten Zielen in überschaubaren räumlichen, familiären und schulischen Strukturen endet“.1) Entscheidet man sich als Studierender gegen die nicht akademische Laufbahn und nimmt ein Hochschulstudium auf, trifft man auf Studienstrukturen und -bedingungen, die einem fremd und chaotisch vorkommen können. Der Weg an die Hochschulen ermöglicht den Individuen eine Reihe von Optionen, ist aber leider auch immer mit Risiken und Unsicherheiten behaftet. Entscheidungen müssen nun selbstständig vorbereitet und getroffen werden und dies in einem Umfeld, das sehr unterschiedlich im Vergleich zur bekannten Schulstruktur sein kann.
We consider the Hopfield model with n neurons and an increasing number p=p(n) of randomly chosen patterns and use Stein's method to obtain rates of convergence for the central limit theorem of overlap parameters, which holds for every fixed choice of the overlap parameter for almost all realisations of the random patterns.
Low power dissipation is a current topic in digital design, and therefore, it should be covered in a state-of-the-art electrical engineering curriculum. This paper describes how low-power design can be addressed within a digital design course. Doing so would be beneficial for both topics because low-power design is not detached from the systems perspective, and the digital design course would be enriched by references to current challenges and applications. Thus, the presented course should serve as an example of how a course can be developed to also teach students about sustainable engineering.
An Universitäten und Fachhochschulen ist die Mathematik-Ausbildung eines der Nadelöhre für angehende Ingenieurinnen und Ingenieure. Viele Studierende der Ingenieurwissenschaften scheitern in den ersten Studiensemestern an den Anforderungen der Mathematik. Lehrende, Fach- und Hochschuldidaktiker/innen und zunehmend auch Fachvertretungen und Verbände stellen sich die Frage, was an den Fakultäten und Fachbereichen getan werden kann, damit Studierende ihre mathematischen Fähigkeiten vergrößern und den anspruchsvollen Studienweg zur Ingenieurin oder zum Ingenieur meistern können.
Abstract Classical ballet requires dancers to exercise significant muscle control and strength both while stationary and when moving. Following the Royal Academy of Dance (RAD) syllabus, 8 male and 27 female dancers (aged 20.2 + 1.9 yr) in a full-time university undergraduate dance training program were asked to stand in first position for 10 seconds and then perform 10 repeats of a demi-plié exercise to a counted rhythm. Accelerometer records from the wrist, sacrum, knee and ankle were compared with the numerical scores from a professional dance instructor. The sacrum mounted sensor detected lateral tilts of the torso in dances with lower scores (Spearman’s rank correlation coefficient r = -0.64, p < 0.005). The 5RMS6 acceleration amplitude of wrist mounted sensor was linearly correlated to the movement scores (Spearman’s rank correlation coefficient r = 0.63, p < 0.005). The application of sacrum and wrist mounted sensors for biofeedback during dance training is a realistic, low cost option.
Für kleinere Unternehmen mit geringen Ressourcen ist die Gestaltung des QM-Systems eine beträchtliche Herausforderung: Welche Methoden und Maßnahmen sind nötig und bestgeeignet, um die Qualitätskosten nachhaltig zu senken? Durch individuelle und ganzheitliche Betrachtung des Unternehmens sowie Einsatz der Kraftfeldanalyse gelang es einem Metallverarbeiter, ein maßgeschneidertes und dauerhaft wirksames QM-System zu implementieren.
Molecular modeling is an important subdomain in the field of computational modeling, regarding both scientific and industrial applications. This is because computer simulations on a molecular level are a virtuous instrument to study the impact of microscopic on macroscopic phenomena. Accurate molecular models are indispensable for such simulations in order to predict physical target observables, like density, pressure, diffusion coefficients or energetic properties, quantitatively over a wide range of temperatures. Thereby, molecular interactions are described mathematically by force fields. The mathematical description includes parameters for both intramolecular and intermolecular interactions. While intramolecular force field parameters can be determined by quantum mechanics, the parameterization of the intermolecular part is often tedious. Recently, an empirical procedure, based on the minimization of a loss function between simulated and experimental physical properties, was published by the authors. Thereby, efficient gradient-based numerical optimization algorithms were used. However, empirical force field optimization is inhibited by the two following central issues appearing in molecular simulations: firstly, they are extremely time-consuming, even on modern and high-performance computer clusters, and secondly, simulation data is affected by statistical noise. The latter provokes the fact that an accurate computation of gradients or Hessians is nearly impossible close to a local or global minimum, mainly because the loss function is flat. Therefore, the question arises of whether to apply a derivative-free method approximating the loss function by an appropriate model function. In this paper, a new Sparse Grid-based Optimization Workflow (SpaGrOW) is presented, which accomplishes this task robustly and, at the same time, keeps the number of time-consuming simulations relatively small. This is achieved by an efficient sampling procedure for the approximation based on sparse grids, which is described in full detail: in order to counteract the fact that sparse grids are fully occupied on their boundaries, a mathematical transformation is applied to generate homogeneous Dirichlet boundary conditions. As the main drawback of sparse grids methods is the assumption that the function to be modeled exhibits certain smoothness properties, it has to be approximated by smooth functions first. Radial basis functions turned out to be very suitable to solve this task. The smoothing procedure and the subsequent interpolation on sparse grids are performed within sufficiently large compact trust regions of the parameter space. It is shown and explained how the combination of the three ingredients leads to a new efficient derivative-free algorithm, which has the additional advantage that it is capable of reducing the overall number of simulations by a factor of about two in comparison to gradient-based optimization methods. At the same time, the robustness with respect to statistical noise is maintained. This assertion is proven by both theoretical considerations and practical evaluations for molecular simulations on chemical example substances.
Qualitätsverbesserung und Zeitersparnis bei der Stipendienvergabe durch automatisierten Workflow
(2013)
Für die Vergabe der Deutschlandstipendien hatte die Hochschule anfangs ein Verfahren festgelegt, das viel manuelle Arbeitsschritte umfasst: Die Studierenden hatten ihre Bewerbungsunterlagen schriftlich einzureichen. Dazu gehörten neben einem Motivationsschreiben, einem Ausdruck des aktuellen Notenspiegels alle weiteren Referenzen zur Einschätzung der Bewerbung gemäß den gesetzlichen Auswahlkriterien. Als Grundlage zur Bewertung der „sozialen Kriterien“ sollten die Bewerberinnen und Bewerber ein Gutachten eines Professors oder einer Professorin der Hochschule einholen.
Earth’s nearest candidate supermassive black hole lies at the centre of the Milky Way1. Its electromagnetic emission is thought to be powered by radiatively inefficient accretion of gas from its environment2, which is a standard mode of energy supply for most galactic nuclei. X-ray measurements have already resolved a tenuous hot gas component from which the black hole can be fed3. The magnetization of the gas, however, which is a crucial parameter determining the structure of the accretion flow, remains unknown. Strong magnetic fields can influence the dynamics of accretion, remove angular momentum from the infalling gas4, expel matter through relativistic jets5 and lead to synchrotron emission such as that previously observed6, 7, 8. Here we report multi-frequency radio measurements of a newly discovered pulsar close to the Galactic Centre9, 10, 11, 12 and show that the pulsar’s unusually large Faraday rotation (the rotation of the plane of polarization of the emission in the presence of an external magnetic field) indicates that there is a dynamically important magnetic field near the black hole. If this field is accreted down to the event horizon it provides enough magnetic flux to explain the observed emission—from radio to X-ray wavelengths—from the black hole.