Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation
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In this paper, the performance evaluation of Frequency Modulated Chaotic On-Off Keying (FM-COOK) in AWGN, Rayleigh and Rician fading channels is given. The simulation results show that an improvement in BER can be gained by incorporating the FM modulation with COOK for SNR values less than 10dB in AWGN case and less than 6dB for Rayleigh and Rician fading channels.
Anfang Januar 2007 trat in Nordrhein-Westfalen (NRW) das Hochschulfreiheitsgesetz (HFG) in Kraft. Mit dem HFG hat sich die Landesregierung in NRW weit aus der Detailsteuerung der Hochschulen zurückgezogen und tritt lediglich noch für existenzielle Schadensereignisse ein. So sind die Hochschulen – Universitäten und Fachhochschulen – in NRW keine staatlichen Einrichtungen mehr, sondern Körperschaften des öffentlichen Rechts in staatlicher Trägerschaft. Hiermit folgt das neue Hochschulgesetz dem hochschulpolitischen Paradigmenwechsel von einem staatlich geplanten, weitgehend einheitlich gestalteten System zu einem durch Profilbildung und Wettbewerb geprägten Hochschulsystem. In diesem Artikel werden die damit verbundenen Problemstellungen und Lösungsoptionen aufgezeigt und als Empfehlung die Einführung eines Chancen- und Risikomanagements beschrieben.
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.
Der Wechsel vom Lehren zum aktiven Lernen kann durch studentische Projekte gelingen. Studierende wenden das bisher vermittelte Wissen an und erleben dadurch Ihre eigene Handlungskompetenz während der Bearbeitung einer berufsnahen Aufgabenstellung. Lernziel ist hierbei die Steigerung der Handlungskompetenz, bestehend aus Fach-, Sozial-, Methoden- und Individualkompetenz durch die Aufgabenbearbeitung im Team. Insbesondere wird dabei auch Wert auf die Vermittlung und Erfahrung von Skills, wie z. B. Kooperationsfähigkeit, Kommunikationsverhalten und Arbeitsorganisation gelegt.
Mathematische Vorkurse werden zur Vorbereitung auf das Studium allen Studienanfängerinnen und Studienanfängern der Ingenieurmathematik dringend empfohlen, aber leider fällt es immer schwerer, die Lücke zwischen den Erwartungen an die Vorkenntnisse der Studierenden und dem tatsächlichen Rüstwerkzeug der Studienanfänger/innen zu schließen. In diesem Artikel wird die Projektidee vorgestellt, im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem internationalen ROLE-Projekt einen mathematischen Vorkurs durch zusätzliche Elemente aus dem Bereich der Open Educational Resources sinnvoll zu ergänzen, um eine Binnendifferenzierung zu ermöglichen und den Studierenden zu erleichtern, sich in den Lehrstoff individuell einzuarbeiten.
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.
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.
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.
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.
Das Thema Prozessorganisation hat die gfo in den letzten Jahren intensiv begleitet und auf mehreren Tagungen eingehend diskutiert. Um den aktuellen Umsetzungsstand der Prozessorganisation in Deutschland zu untersuchen wurde im Jahr 2014 eine empirische Studie durchgeführt. Neben der Ist-Situation liefert die Studie Einsichten in Erwartungen über zukünftige Entwicklungen, Hindernisse und Erfolgsfaktoren der Einführung einer Prozessorganisation sowie zur Zielerreichung durch prozessorientierte Organisationen.
Solar energy is one option to serve the rising global energy demand with low environmental Impact [1]. Building an energy system with a considerable share of solar power requires long-term investment and a careful investigation of potential sites. Therefore, understanding the impacts from varying regionally and locally determined meteorological conditions on solar energy production will influence energy yield projections. Clouds are moving on a short term timescale and have a high influence on the available solar radiation, as they absorb, reflect and scatter parts of the incoming light [2]. However, modeling photovoltaic (PV) power yields with a spectral resolution and local cloud information gives new insights on the atmospheric impact on solar energy.
Solar energy is one option to serve the rising global energy demand with low environmental impact.1 Building an energy system with a considerable share of solar power requires long-term investment and a careful investigation of potential sites. Therefore, understanding the impacts from varying regionally and locally determined meteorological conditions on solar energy production will influence energy yield projections. Clouds are moving on a short term timescale and have a high influence on the available solar radiation, as they absorb, reflect and scatter parts of the incoming light.2 However, the impact of cloudiness on photovoltaic power yields (PV) and cloud induced deviations from average yields might vary depending on the technology, location and time scale under consideration.
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.
Wireless sensor networks are widely used in a variety of fields including industrial environments. In case of a clustered network the location of cluster head affects the reliability of the network operation. Finding of the optimum location of the cluster head, therefore, is critical for the design of a network. This paper discusses the optimisation approach, based on the brute force algorithm, in the context of topology optimisation of a cluster structure centralised wireless sensor network. Two examples are given to verify the approach that demonstrate the implementation of the brute force algorithm to find an optimum location of the cluster head.
Reliable and regional differentiated power forecasts are required to guarantee an efficient and economic energy transition towards renewable energies. Amongst other renewable energy technologies, e.g. wind mills, photovoltaic systems are an essential component of this transition being cost-efficient and simply to install. Reliable power forecasts are however required for a grid integration of photovoltaic systems, which among other data requires high-resolution spatio-temporal global irradiance data. Hence the generation of robust reviewed global irradiance data is an essential contribution for the energy transition.
Tierexperimentell konnte nachgewiesen werden, dass spezifische Ionenkanäle (vor allem TRPA1) des nozizeptiven Systems nachhaltig durch die Exposition mit blauem Licht moduliert werden können. Durch Nachweis der Wirksamkeit von nicht-visuellen Effekten einer Lichtexposition auf Somatosensorik und Nozizeption beim Menschen könnte der Einsatz einer Lichttherapie bei Patienten mit Erkrankungen des somatosensorischen Systems, insbesondere neuropathischen Schmerzen, von großer Bedeutung sein.
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.
Reliable and regional differentiated power forecasts are required to guarantee an efficient and economic energy transition towards renewable energies. Amongst other renewable energy technologies, e.g. wind mills, photovoltaic (PV) systems are an essential component of this transition being cost-efficient and simply to install. Reliable power forecasts are however required for a grid integration of photovoltaic systems, which among other data requires high-resolution spatio-temporal global irradiance data.