Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation
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Force field (FF) based molecular modeling is an often used method to investigate and study structural and dynamic properties of (bio-)chemical substances and systems. When such a system is modeled or refined, the force field parameters need to be adjusted. This force field parameter optimization can be a tedious task and is always a trade-off in terms of errors regarding the targeted properties. To better control the balance of various properties’ errors, in this study we introduce weighting factors for the optimization objectives. Different weighting strategies are compared to fine-tune the balance between bulk-phase density and relative conformational energies (RCE), using n-octane as a representative system. Additionally, a non-linear projection of the individual property-specific parts of the optimized loss function is deployed to further improve the balance between them. The results show that the overall error is reduced. One interesting outcome is a large variety in the resulting optimized force field parameters (FFParams) and corresponding errors, suggesting that the optimization landscape is multi-modal and very dependent on the weighting factor setup. We conclude that adjusting the weighting factors can be a very important feature to lower the overall error in the FF optimization procedure, giving researchers the possibility to fine-tune their FFs.
Tactile media
(2024)
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.
Gegenwart aufnehmen
(2024)
Medien-Literatur(en)
(2024)
Normen-ABC als Uebersicht
(2023)
Dieses Video dient der Motivation, sich mit Normenthemen zu befassen. Mit dem Internationalen Normenklassifizierung System (ICS) wird begründet, warum Normenkompetenz für alle Studierenden aller Studiengänge oder Berufstätigen jeder Fachrichtung von A-Z wichtig ist. Dazu werden Nützlichkeitsbeispiele gegeben. Abschließend wird das Normen-ABC als Übersicht vorgestellt und welche Lern- und Lehrziele die einzelnen Videos haben.
Arten von Normen
(2023)
Dieses Video aus der Videoreihe „Normen-ABC“ erklärt die Herkunft und Arten von Normen. Es werden Beispiele für Normen von A bis Z gezeigt. Anhand der Planungsnorm für Projektmanagement, der ersten deutschen DIN 1 als Ausführungsnorm und der weltweit verbreiteten Prüfnorm sowie Managementnormen zur Förderung von Nachhaltigkeit wird eine Einordnung im PDCA-Zyklus gezeigt.
CE-Kennzeichnung
(2023)
Dieses Video aus der Videoreihe „Normen-ABC“ erklärt die DIN-Norm, die alle kennen sollten: DIN 5008 „Schreib- und Gestaltungsregeln für die Text- und Informationsbearbeitung“ Beuth-Verlag, Berlin: 2020. Es werden nützliche Hinweise, wie z. B. für Abschlussarbeiten, Bewerbungsschreiben oder Geschäftsbriefe gegeben.
Entstehung einer DIN-Norm
(2023)
Dieses Video aus der Videoreihe „Normen-ABC“ erklärt die Entstehung von DIN-Normen. Die Beteiligung interessierter Kreise und die Moderation durch das Deutsche Institut für Normung e.V. (DIN) wird veranschaulicht. Zur Motivation des Mitwirkens an Normen wird auf die verschiedenen Möglichkeiten dazu hingewiesen. Insbesondere junge Menschen sollen die Information erhalten, dass durch eine verkürzte Erstellung einer „DIN-SPEC“ eine technische Lösung aus Forschung und Entwicklung schnell auf den Markt zu bringen ist.
Formatnormen
(2023)
Dieses Video aus der Videoreihe „Normen-ABC“ zeigt verschiedene Formatnormen, wie Audio-, Bild- und Medienformate. Am Beispiel des weltweit einheitlichen Papierformats nach DIN EN ISO 216 wird der Aufbau durch die drei Normsätze „Halbierung und Verdoppelung“, „Ähnlichkeit“ und „Proportionalität“ erklärt.
Gesundheitsnormen
(2023)
Dieses Video aus der Videoreihe „Normen-ABC“ gibt eine Übersicht zu Gesundheitsnormen von A bis Z. Es wird veranschaulicht, wie Normen durch regionale, europäische und weltweite Vereinheitlichung Leben retten und Gesundheit schützen. Als Praxisbeispiel wird der Aufbau der Zertifizierungsnorm DIN ISO 45001 „Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit“ kurz erläutert.
Zertifizierungsnormen
(2023)
Dieses Video aus der Videoreihe „Normen-ABC“ gibt eine Übersicht über Zertifizierungsnormen von A-Z. Die Zertifizierung von „Produkten“, „Prozessen“, „Systemen“ und „Personen“ wird erklärt. Am Beispiel der FFP2-Masken mit richtiger CE-Kennzeichnung wird begründet, wie wichtig die Einhaltung von Normen für Gesundheit und Leben ist.
Technik(en) des Designs
(2023)
Zur Geste der Medien
(2023)
In dieser Arbeit wird eine kompressible Semi-Lagrangesche Lattice-Boltzmann-Methode neu entwickelt und erprobt. Die Lattice-Boltzmann-Methode ist ein Verfahren zur numerischen Strömungssimulation, das auf einer Modellierung von Partikeldichten und deren Interaktion untereinander basiert. In ihrer Ursprungsform ist die Methode jedoch auf schwach kompressible Strömungen mit niedriger Machzahl beschränkt. Wesentliche Nachteile der bisherigen Versuche zur Erweiterung auf supersonische Strömungen sind entweder mangelhafte Stabilität der Verfahren, unpraktikabel große Geschwindigkeitssätze oder die Beschränktheit auf kleine Zeitschrittweiten. Als Alternative zu bisherigen Ansätzen wird in dieser Arbeit ein Semi-Lagrangescher Strömungsschritt eingesetzt. Semi-Lagrangesche Verfahren entkoppeln mittels Interpolation die Orts-, Zeit- und Geschwindigkeitsdiskretisierung der ursprünglichen Lattice-Boltzmann-Methode. Nach der Einleitung wird im zweiten und dritten Kapitel dieser Arbeit zunächst auf die Grundlagen und Prinzipien der Lattice-Boltzmann-Methode eingegangen sowie bisherige Ansätze zur Simulation kompressibler Strömungen aufgeführt. Im Anschluss wird die kompressible Semi-Lagrangesche Lattice-Boltzmann-Methode entwickelt und beschrieben. Die Erweiterung erfolgt im Wesentlichen durch die Verknüpfung der Methode mit geeigneten Gleichgewichtsfunktionen und Geschwindigkeitssätzen. Im vierten Kapitel der Arbeit werden neue Kubatur-basierte Geschwindigkeitssätze entwickelt und getestet, darunter ein D3Q45-Geschwindigkeitssatz zur Berechnung kompressibler Strömungen, der den Rechenaufwand gegenüber konventionellen Geschwindigkeitsdiskretisierungen erheblich verringert. Im fünften Kapitel der Arbeit werden zur Validierung Simulationen von eindimensionalen Stoßrohren, zweidimensionalen Riemann-Problemen und Stoß-Wirbel-Interaktionen durchgeführt. Im Anschluss zeigen Simulationen von dreidimensionalen, kompressiblen Taylor-Green-Wirbeln sowie von wandgebundenen Testfällen die Vorteile der Methode für kompressible Strömungssimulationen. Zu diesem Zweck werden die Überschallströmung um ein zweidimensionales NACA-0012-Profil und um eine dreidimensionale Kugel sowie eine supersonische Kanalströmung untersucht. Dem Simulationsteil folgt eine umfangreiche Diskussion der Semi-Lagrangeschen Lattice-Boltzmann-Methode im Vergleich zu anderen Methoden. Die Vorteile der Methode, wie vergleichsweise große Zeitschrittweiten, körperangepasste Netze und die Stabilität der Methode, werden hier herausgearbeitet.
The representation, or encoding, utilized in evolutionary algorithms has a substantial effect on their performance. Examination of the suitability of widely used representations for quality diversity optimization (QD) in robotic domains has yielded inconsistent results regarding the most appropriate encoding method. Given the domain-dependent nature of QD, additional evidence from other domains is necessary. This study compares the impact of several representations, including direct encoding, a dictionary-based representation, parametric encoding, compositional pattern producing networks, and cellular automata, on the generation of voxelized meshes in an architecture setting. The results reveal that some indirect encodings outperform direct encodings and can generate more diverse solution sets, especially when considering full phenotypic diversity. The paper introduces a multi-encoding QD approach that incorporates all evaluated representations in the same archive. Species of encodings compete on the basis of phenotypic features, leading to an approach that demonstrates similar performance to the best single-encoding QD approach. This is noteworthy, as it does not always require the contribution of the best-performing single encoding.
Text und Bild/Illustrationen
(2023)
Kreatives Schreiben
(2023)
Elektronik für Entscheider
(2023)
Dieses Buch gibt Nichtingenieuren, die sich beruflich mit Elektronik beschäftigen, die Möglichkeit, sich ein Stück auf dieses Fachgebiet zu begeben, um Aufgaben, Sprache und Vorgehensweise von Ingenieuren zu verstehen. Ziel ist es dabei nicht, nach dem Lesen dieses Buches eine elektronische Schaltung entwickeln zu können. Im Vordergrund steht vielmehr ein generelles Verständnis für die Zusammenhänge und Grundbegriffe der Elektronik. (Verlagsangaben)
Twitchen als Kulturtechnik
(2023)
Die Maschine als Schöpferin
(2023)
Electric vehicles (EVs) are rapidly growing in popularity, but range variability has become an important research area with significant implications for EV performance, usability, and overall market adoption. This study aims to unravel the complexities of range variability by examining the contributing factors and offering innovative strategies to mitigate these differences during pack design. Through a detailed analysis of cell parameter deviation, cell connections, battery configuration, battery pack size, and driving behavior, the research illuminates their impact on extractable energy and driving range. The study employed a comprehensive approach and conducted systematic simulation-based experimentation to identify the optimal battery pack configuration based on maximum extractable energy, minimal variability and maximum range. The results reveal insights into the relationship between discharge rate and battery pack performance, and the impact of cell parameter variations on pack energy output. This research advances the understanding of EV performance optimisation, reduces pack-to-pack variability, and extends battery pack lifespan.
Datensammelblatt
(2021)
Histogramm
(2021)
PARETO-Diagramm
(2021)
Qualitätsregelkarte
(2021)
Korrelationsdiagramm
(2021)
ISHIKAWA Diagramm
(2021)
In diesem Video wird der Aufbau und Nutzen eines Fischgräten-Diagramms zur Visualisierung von Ursachen oder Einflüssen auf eine Wirkung (Problem) oder ein Ziel (Lösung) gezeigt.
Die Vorteile liegen in der stammbaumähnlichen Darstellung aller möglichen Ursachen oder Einflüsse als Übersichtssammlung und in der fallweisen Eingrenzungsmöglichkeit je nach Relevanzeinschätzung.
Brainstorming
(2021)
Ablaufdiagramm
(2021)
In diesem Video werden Aufbau, Funktion und Nutzen eines Ablaufdiagrammes als Grundwerkzeug des Qualitätsmanagements gezeigt. Diese bilden die Grundlage für die Visualisierung der definierten und einzuhaltenden Reihenfolge eines Ablaufes für Algorithmen, Programme, Prozesse, Verfahren oder Projekte.
Quality diversity algorithms can be used to efficiently create a diverse set of solutions to inform engineers' intuition. But quality diversity is not efficient in very expensive problems, needing 100.000s of evaluations. Even with the assistance of surrogate models, quality diversity needs 100s or even 1000s of evaluations, which can make it use infeasible. In this study we try to tackle this problem by using a pre-optimization strategy on a lower-dimensional optimization problem and then map the solutions to a higher-dimensional case. For a use case to design buildings that minimize wind nuisance, we show that we can predict flow features around 3D buildings from 2D flow features around building footprints. For a diverse set of building designs, by sampling the space of 2D footprints with a quality diversity algorithm, a predictive model can be trained that is more accurate than when trained on a set of footprints that were selected with a space-filling algorithm like the Sobol sequence. Simulating only 16 buildings in 3D, a set of 1024 building designs with low predicted wind nuisance is created. We show that we can produce better machine learning models by producing training data with quality diversity instead of using common sampling techniques. The method can bootstrap generative design in a computationally expensive 3D domain and allow engineers to sweep the design space, understanding wind nuisance in early design phases.
Trueness and precision of milled and 3D printed root-analogue implants: A comparative in vitro study
(2023)
Digitaltechnik
(2022)
Moderne Digitaltechnik, umfassend und kompakt: Dieses Lehr- und Übungsbuch spannt den Bogen von den Grundlagen der Digitaltechnik über den Entwurf mit VHDL und Komponenten digitaler Systeme bis zu modernen Mikrocontrollern der STM32-Serie.
Die 8. Auflage wurde aktualisiert und die Themenbereiche Mikroprozessoren und Mikrocontroller grundlegend überarbeitet.
Harald Schmidt
(2022)
Als Medien- und insbesondere Fernsehphänomen hat Harald Schmidt die TV-Kultur im deutschsprachigen Raum maßgeblich beeinflusst. So ist es etwa der Harald Schmidt Show gelungen, halbironische Sprechweisen diskursfähig zu machen, die sich bis in die Gegenwart der Social Media verfolgen lassen. Die Beiträger*innen des Bandes untersuchen vor diesem Hintergrund die »Methode Harald Schmidt«, d.h. die Unterminierung gängiger sozialer Vorstellungen bei gleichzeitiger Affirmation derselben. Die zentrale These lautet: Harald Schmidt hat grundlegende Voraussetzungen dafür geschaffen, eine weitestgehend neue Populärkultur ästhetisch wie kulturpraktisch zu etablieren.
Buch-Aisthesis
(2022)
Literatur kann auch als Verbund von Medien betrachtet werden, die in Kooperations- und Konkurrenzverhältnissen auftreten. Dies wird umso deutlicher, wenn aus literatur- und designwissenschaftlicher Perspektive auf die Beobachtung der Differenz von typographischen und anderen, grundsätzlich nonverbalen visuellen Daten abgestellt wird. Die Beiträger*innen des Bandes leiten daraus ein Verhältnis von Literatur- und Kunstwissenschaft zu ihren Gegenständen ab, das nicht zuletzt zu einer neuen Aufmerksamkeit für die skripturale und typographische Materialität und Medialität der Literatur führt. Dabei geht es um die Theorie der Reflexion und die Praxis der Erzeugung einer je spezifischen Buch-Ästhetik.
Technik-Ästhetik
(2022)
Von Technik und Ästhetik zu sprechen, heißt, sich bereits begrifflich auf ein Feld einzulassen, das mindestens zwei divergente Perspektiven gemeinsam denkt. Dabei haben das Technische wie das Ästhetische die Bedeutung einer Interdependenz aufzuweisen: Das Technische konstituiert einerseits Funktionen, Formen und Gebrauchsaspekte - ästhetische Zustände evozieren andererseits zeichenhafte Realisierungen, phantasmatische Urteile und wahrnehmungsvermittelte Phänomene des Erscheinens. Die Beiträger*innen des Bandes zeigen, wie bei der Konfrontation von Technik und Ästhetik eine Art Verkopplung und intrinsische Dynamik qua techno-ästhetischer Evokation entstehen kann.
In this paper, modeling of piston and generic type gas compressors for a globally convergent algorithm for solving stationary gas transport problems is carried out. A theoretical analysis of the simulation stability, its practical implementation and verification of convergence on a realistic gas network have been carried out. The relevance of the paper for the topics of the conference is defined by a significance of gas transport networks as an advanced application of simulation and modeling, including the development of novel mathematical and numerical algorithms and methods.
In this paper, the electrochemical alkaline methanol oxidation process, which is relevant for the design of efficient fuel cells, is considered. An algorithm for reconstructing the reaction constants for this process from the experimentally measured polarization curve is presented. The approach combines statistical and principal component analysis and determination of the trust region for a linearized model. It is shown that this experiment does not allow one to determine accurately the reaction constants, but only some of their linear combinations. The possibilities of extending the method to additional experiments, including dynamic cyclic voltammetry and variations in the concentration of the main reagents, are discussed.
Alkaline methanol oxidation is an important electrochemical process in the design of efficient fuel cells. Typically, a system of ordinary differential equations is used to model the kinetics of this process. The fitting of the parameters of the underlying mathematical model is performed on the basis of different types of experiments, characterizing the fuel cell. In this paper, we describe generic methods for creation of a mathematical model of electrochemical kinetics from a given reaction network, as well as for identification of parameters of this model. We also describe methods for model reduction, based on a combination of steady-state and dynamical descriptions of the process. The methods are tested on a range of experiments, including different concentrations of the reagents and different voltage range.
The general method of topological reduction for the network problems is presented on example of gas transport networks. The method is based on a contraction of series, parallel and tree-like subgraphs for the element equations of quadratic, power law and general monotone dependencies. The method allows to reduce significantly the complexity of the graph and to accelerate the solution procedure for stationary network problems. The method has been tested on a large set of realistic network scenarios. Possible extensions of the method have been described, including triangulated element equations, continuation of the equations at infinity, providing uniqueness of solution, a choice of Newtonian stabilizer for nearly degenerated systems. The method is applicable for various sectors in the field of energetics, including gas networks, water networks, electric networks, as well as for coupling of different sectors.
Chancengerechte Online-Lehre
(2020)
‚Making Media‘
(2021)
Haut und Design
(2022)
The cube in cube approach was used by Paul and Ishai-Cohen to model and derive formulas for filler content dependent Young´s moduli of particle filled composites assuming perfect filler matrix adhesion. Their formulas were chosen because of their simplicity, recalculated using an elementary volume approach which transforms spherical inclusions to cubic inclusions. The EV approach led to expression for the composites moduli that allow for introducing an adhesion factor kadh ranging from 0 and 1 to take into account none perfect reduced filler matrix adhesion. This adhesion factor scales the edge length of the cubic inclusions, thus, reducing the stress transfer area between matrix and filler. Fitting the experimental data with the modified Paul model provides reasonable kadh for PA66, PBT, PP, PE-LD and BR which are in line with their surface energies. Further analysis showed that stiffening only occurs if kadh exceeds <span class="math-tex">\( { \ \sqrt{E^M/E^F} \ }\) and depends on the ratio of matrix modulus and filler modulus. The modified model allows for a quick calculation of any particle filled composites for known matrix modulus EM, filler modulus EF, filler volume content vF and adhesion factor kadh. Thus, finite element analysis (FEA) simulations of any particle filled polymer parts as well as materials selection are significantly eased. FEA of cubic and hexagonal EV arrangements show that stress distributions within the EV exhibit more shear stresses if one deviates from the cubic arrangement. At high filler contents the assumption that the property of the EV is representative for the whole composite, holds only for filler volume contents up to 15 or 20 % (corresponding to 30 to 40 weight %). Thus, for vast majority of commercially available particulate composites, the modified model can be applied. Furthermore, this indicates that the cube in cube approach reaches two limits: i) the occurrence of increasing shear stresses at filler contents above 20 % due to deviations of EV arrangements or spatial filler distribution from cubic arrangements (singular), and ii) increasing interaction between particles with the formation of particle network within the matrix violating the EV assumption of their homogeneous dispersion.
Bionik
(2022)
Wie machen die das… kann angesichts der erstaunlichen Fähigkeiten mancher Lebewesen gefragt werden. Die Bionik fragt noch weiter …und wie kann man das nachmachen? Hier liegt ein Schwerpunkt dieses Lehrbuches, das die Bionik nicht nur an zahlreichen Beispielen erklärt, sondern auch eine Vorgehensweise für die Identifizierung biologischer Lösungen und deren Übertragung auf technische Anwendungen vermittelt. Basisinformationen der Biologie und Grundlagen der Konstruktionstechnik gewährleisten einen leichten Zugang zum Stoff. Mit dem 3D-Druck als Schlüsseltechnologie und der Thematisierung der Nachhaltigkeit geht das Buch zudem auf aktuelle Entwicklungen ein. Dieser ganzheitliche Blick auf die Bionik soll den Leser zur Durchführung bionischer Projekte befähigen und motivieren. Die vorliegende Auflage wurde überarbeitet und um aktuelle Forschungserkenntnisse und Entwicklungen ergänzt. (Verlagsangaben)
Medienkulturwissenschaft
(2022)
Der Band erklärt die Entstehung, Entwicklung und inhaltliche Breite der Medienkulturwissenschaft. Deren Felder werden ebenso demonstriert wie Forschungsfragen entworfen. Ein spezielles Augenmerk liegt auf interdisziplinären Verhältnissen, etwa zur Kommunikations- und Literaturwissenschaft. Zudem wird aus dieser Perspektive die Historie von Einzelmedien vorgestellt und ausgewählte Phänomene mit der medienkulturwissenschaftlichen „Brille“ skizziert. Dadurch kann die Geschichte und Philosophie der Medienkulturwissenschaft ebenso diskutiert werden wie deren Anwendungsfälle sowie ihre Positionen innerhalb eines Medienstudiums mit starkem Praxisbezug, bei dem die Theorien und Ästhetiken der Medien nicht außer Acht gelassen werden. (Verlagsangaben)
Sie sind im Bereich Qualitätsmanagement tätig und haben die Aufgabe bekommen, ein Problem systematisch zu untersuchen und methodisch zu lösen? Sie haben zu viele Aufgaben und wissen nicht, wie Sie diese priorisieren sollen? Oder haben Sie zu begrenzte Ressourcen, um alle Reklamationen gleichzeitig bearbeiten zu können? Oder wissen nicht, wie Sie einen bestimmten Prozess in seinen Grenzen zielführend verbessern können?
Dürrenmatt in der Schule
(2020)