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    Optimierung der Effekte von Psychotherapie: Wirksamkeit, Prädiktoren und Nebenwirkungen in der stationären Routineversorgung

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    Over the last decades, clinical studies with methodologically sound designs have created a broad evidence base of psychotherapy for various mental disorders. Numerous randomized controlled trials (RCT), which are subsequently summarized in meta-analyses, have demonstrated the efficacy of psychotherapy with mostly large effects. According to the phase model of psychotherapy research, the last phase - phase IV - investigates psychotherapy in a naturalistic context, i.e. under everyday routine conditions. Within the framework of a practice-oriented research paradigm, such practice-based studies can complement RCTs to address existing problems in psychotherapy research (e.g. research-practice gap, stagnation of effects). In Germany in particular, patients with severe mental disorders are often treated in an inpatient setting (e.g. in psychosomatic or psychiatric clinics). In this naturalistic context, there is a lack of studies that investigate the clinical effectiveness with lower inclusion and exclusion criteria. Furthermore, the findings on variables that predict treatment outcome are often heterogeneous. Therefore, the objectives of this dissertation are (1) to examine the effectiveness of inpatient psychotherapy for various mental disorders (borderline personality disorder, post-traumatic stress disorder, obsessive-compulsive disorder, depression) in German psychosomatic clinics, and (2) to identify starting points for optimizing these effects by analyzing predictors of outcome. Overall, studies 1-4 indicate that specific evidence-based psychotherapy programs have been effectively implemented in inpatient psychosomatic care according to the respective national treatment guidelines, but indicate differences in their effectiveness expressed by different effect sizes. While the effect sizes for the treatment of obsessive-compulsive disorders (OCD; N = 1,595 and N = 514, respectively) and depression (N = 22,681 and N = 6,377, respectively) can be classified as large, there are medium to large effects for the treatment of post-traumatic stress disorders (PTSD; N = 612) and small to medium effects for the treatment of borderline personality disorders (BPD; N = 878 and N = 703, respectively). Due to large sample sizes, the effects might serve as a benchmark and therefore can be used as a comparison in future studies. Moreover, the present dissertation aims to identify general predictors for treatment outcome of psychotherapy considering the above-mentioned mental disorders. In the sense of prognostic variables, patient characteristics were determined - separately for the various mental disorders - within the framework of clinical prediction models that indicate which patient benefit more vs. less from the treatment. In patients suffering from BPD, the most important predictors for treatment completion are a higher education and a comorbid recurrent depressive disorder, and low affect regulation skills and no previous outpatient psychotherapy for symptom-specific changes. In patients with PTSD, a higher degree of psychoticism, total number of diagnoses, and a diagnosis of bronchial asthma consistently show a stable negative predictive relationship to treatment outcome. In patients with OCD, symptom severity at admission, general psychopathological distress, higher social support and more washing compulsions are important predictors of symptom changes. In patients suffering from depression, almost all sociodemographic and clinical pretreatment factors significantly influence the overall psychopathological burden on various baseline factors, but this direct influence weakens over the course of treatment. Several factors are resistant to change and indicate stable psychopathological factors during treatment, such as suicidality, agoraphobia, life dissatisfaction, physical disability and pain. The strongest impact is exerted by suicidality at the beginning of treatment on negative cognitions at the end of treatment, by agoraphobia at the beginning of treatment on anxiety at the end of treatment and by physical disability at the beginning of treatment on perceived disability at the end of treatment. Ultimately, the other side of the coin is also considered: in addition to positive effects, psychotherapy can also produce negative effects. Within the framework of a systematic review, study 5 evaluates instruments for assessing negative effects in the light of psychometric properties, proposes a consual definition and conceptualization of negative effects and derives recommendations for improving the assessment. This systematic review shows that although the existing instruments cover many relevant domains, their psychometric properties are usually unsatisfactory. Subsequently, the implications of this review are used to investigate the relationship between the occurrence of negative effects and treatment outcome during an inpatient CBASP program for chronic depression as described in study 6. It is shown that although almost all patients report having experienced at least one negative effect, only a perceived dependence on the therapist is negatively related to treatment outcome. Overall, it can be stated that the results from phase III studies of efficacy research can be transferred to an applied inpatient setting. With regard to studies 1-4, some predictors (e.g. symptom severity at admission) could be replicated to previous findings of RCTs; however, other variables also play an important role in predicting treatment outcome in these samples of inpatients, which can be attributed to different reasons, such as the specifics of the setting (e.g. higher treatment dose in a shorter period of time) and the heterogeneity of the samples. In studies 5-6, both definitional aspects of negative effects could be addressed in order to further improve their detection, and the relevance of specific negative effects could be determined in more detail by establishing the relationship to treatment outcome. In summary, all studies can provide starting points for optimizing the effects of inpatient psychotherapy in Germany. For example, studies 1-4 in particular provide benchmarks for the absolute effectiveness of psychotherapy in routine inpatient care as well as practice-based evidence through the predictor analyses, which in turn can be taken into account in future RCTs, e.g. in randomisation procedures. By feedback loops of the results of studies 1-6 to clinical practitioners, an evidence-based outcome monitoring can take place in the short term and, in the long term, the practice-research network in Germany can be strengthened.In den letzten Jahrzehnten hat sich durch klinische Studien mit methodisch fundierten Designs eine breite Evidenzbasis von Psychotherapie für verschiedene psychische Störungen gebildet. Durch verschiedene randomisiert-kontrollierte Studien (engl.: „randomized controlled trial“; RCT), die in Meta-Analysen zusammengefasst werden, konnte die Wirksamkeit (im Sinne der „efficacy“) mit meist großen Effekten nachgewiesen werden. Gemäß des Phasenmodells der Psychotherapieforschung werden in der letzten Phase – Phase IV – Psychotherapien im naturalistischen Kontext, d.h. unter alltäglichen Routinebedingungen, untersucht. Im Rahmen eines praxisorientierten Forschungsparadigmas können solche praxisbasierten Studien eine Ergänzung zu RCTs darstellen, um vorhandene Probleme in der Psychotherapieforschung zu adressieren (z. B. Research-Practice-Gap, Stagnation von Effekten). Insbesondere in Deutschland werden psychisch schwer erkrankte Patient*innen oft im stationären Kontext (z. B. in psychosomatischen oder psychiatrischen Kliniken) behandelt. In diesem Rahmen mangelt es an Studien, welche diese Art der klinischen Wirksamkeit (im Sinne der „effectiveness“) mit geringeren Ein- und Ausschlusskriterien untersucht. Die Befunde zu Variablen, welche den Behandlungserfolg stabil vorhersagen, sind dabei oft heterogen. Daher soll im ersten Schritt dieser Dissertation die Wirksamkeit von stationärer Psychotherapie bei verschiedenen psychischen Störungen (Borderline-Persönlichkeitsstörung, Posttraumatische Belastungsstörung, Zwangsstörung, Depression) in deutschen psychosomatischen Kliniken untersucht als auch Ansatzpunkte zur Optimierung der Effekte durch die Analyse von Prädiktoren identifiziert werden. Die Studien 1-4 deuten darauf hin, dass spezifische evidenzbasierte Psychotherapieprogramme gemäß der jeweiligen nationalen Behandlungsleitlinien in der stationären psychosomatischen Versorgung wirksam implementiert wurden, jedoch in ihrer Wirksamkeit Unterschiede aufweisen. Während die Effektstärken für die Behandlung von Zwangsstörungen (N = 1.595 bzw. N = 514) und depressiven Störungen (N = 22.681 bzw. N = 6.377) als groß beurteilt werden können, sind sie für die Behandlung von Posttraumatischen Belastungsstörungen (N = 612) mittel bis groß sowie für die Behandlung von Borderline-Persönlichkeitsstörungen (N = 878 bzw. N = 703) klein bis mittel. Aufgrund der großen Stichproben können die Effekte als Benchmark dienen und in zukünftigen Studien als Vergleich herangezogen werden. Darüber hinaus zielt die vorliegende Dissertation im nächsten Schritt darauf ab, allgemeine Prädiktoren für den Behandlungserfolg von Psychotherapie bei den o. g. Störungsbildern zu identifizieren. Im Sinne von prognostischen Variablen werden – getrennt für die verschiedenen Störungsbilder – solche Charakteristika von Patient*innen im Rahmen von klinischen Prädiktionsmodellen bestimmt, die angeben, welche Patientin besser bzw. schlechter von der Behandlung profitiert. Bei Patient*innen mit Borderline-Persönlichkeitsstörungen erweisen sich als wichtige Prädiktoren für den Therapieaabschluss ein höherer Schulabschluss sowie eine komorbide rezidivierende depressive Störung und für symptomspezifische Veränderungen niedrige Affektregulationsfähigkeiten und keine vorherige ambulante Psychotherapie. Bei Patient*innen mit Posttraumatischen Belastungsstörungen scheint eine stärkere Ausprägung im Bereich Psychotizismus, die Anzahl an Diagnosen und eine Asthma-Diagnose konstant in einem negativen prädiktiven Zusammenhang zum Behandlungserfolg zu stehen. Bei Patient*innen mit Zwangsstörungen sind die Symptomschwere bei Aufnahme, die allgemeine psychopathologische Belastung, eine höhere soziale Unterstützung und mehr Waschzwänge wichtige Prädiktoren für Symptomveränderungen. Bei Patient*innen mit Depressionen beeinflussen zwar fast alle soziodemographischen und klinischen Faktoren vor der Behandlung die psychopathologische Gesamtbelastung auf unterschiedlichen Faktoren zu Beginn der Behandlung, dieser direkte Einfluss schwächt sich im Verlauf der Behandlung jedoch ab. Während dieser Behandlung sind diverse Faktoren veränderungsresistent und deuten auf stabile psychopathologische Faktoren hin, wie z. B.: Suizidalität, agoraphobische Ängste, Lebensunzufriedenheit, physische Beeinträchtigung und Schmerzen. Der stärkste Einfluss ergibt sich von der Suizidalität zu Behandlungsbeginn auf negative Kognitionen bei Behandlungsende, von agoraphobischen Symptomen bei Behandlungsbeginn auf die Ängstlichkeit bei Behandlungsende und von der körperlichen Beeinträchtigung bei Behandlungsbeginn auf die wahrgenommene Beeinträchtigung bei Behandlungsende. Letztlich wird auch die andere Seite der Medaille betrachtet: neben positiven Effekten kann Psychotherapie auch negative Effekte hervorrufen. Im Rahmen eines systematischen Reviews werden in Studie 5 die Messinstrumente zur Erhebung von negativen Effekten unter psychometrischen Gesichtspunkten evaluiert sowie eine konsensuale Definition und Konzeptualisierung von negativen Effekten vorgeschlagen und Empfehlungen zur Verbesserung der Erfassung von negativen Effekten abgeleitet. Dieses systematische Review ergibt, dass die vorhandenen Messinstrumente zwar viele Bereiche abdecken, ihre psychometrischen Gütekriterien hingegen zumeist als unbefriedigend zu beurteilen sind. Anschließend wird aus den Implikationen des Reviews der Zusammenhang zwischen dem Auftreten von negativen Effekten und dem Behandlungserfolg während eines stationären CBASP-Programms für chronische Depression in Studie 6 untersucht. Es zeigt sich, dass fast alle Patient*innen mindestens einen negativen Effekt berichten, aber lediglich die wahrgenommene Abhängigkeit von der Therapeutin in einem negativen Zusammenhang zum Behandlungserfolg steht. Insgesamt lässt sich feststellen, dass sich die Ergebnisse aus Phase III-Studien der Wirksamkeitsforschung auf ein angewandtes stationäres Setting übertragen lassen. Im Rahmen der Studien 1-4 konnten einige Prädiktoren (z. B. Symptomschwere zur Aufnahme) aus vorherigen Befunden von RCTs repliziert werden; zum Teil spielen jedoch bei stationären Psychotherapiepatient*innen auch andere Variablen eine wichtige Rolle zur Vorhersage des Behandlungserfolgs, was auf unterschiedliche Gründe vor allem im Hinblick auf die Spezifika des Settings (z. B. höhere Therapiedosis in kürzerer Zeitspanne) und der Heterogenietät der Stichproben zurückzuführen ist. Bei den Studien 5-6 konnten sowohl definitorische Aspekte von negativen Effekten adressiert werden, um deren Erfassung noch zu verbessern, als auch die Relevanz durch die Zusammenhänge zum Behandlungserfolg näher beleuchtet werden. Durch alle Studien können insgesamt Ansatzpunkte dafür gefunden werden, um die Effekte von stationärer Psychotherapie in Deutschland noch zu optimieren. Die Studien 1-4 liefern beispielsweise sowohl Benchmarks für die absolute Wirksamkeit von Psychotherapie in der stationären Routineversorgung als auch durch die Prädiktoranalysen praxisbasierte Evidenz, welche wiederum in zukünftigen RCTs z. B. bei Randomisierungsprozeduren berücksichtigt werden kann. Durch Rückmeldeschleifen der Ergebnisse aller Studien an klinisch-tätige Praktiker*innen kann kurzfristig ein evidenzbasiertes Outcome-Monitoring stattfinden und langfristig das Praxis-Forschungsnetzwerk in Deutschland gestärkt werden

    Einfluss atmosphärischer Umgebungsbedingungen auf den Lebenszyklus konvektiver Zellen in der Echtzeit-Vorhersage

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    Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Analyse der Lebenszyklen konvektiver Zellen im Zusammenhang mit den vorherrschenden Umgebungsbedingungen in Deutschland. Darüber hinaus werden verschiedene statistische Vorhersagemodelle zur Abschätzung der Lebensdauer und der Größe konvektiver Zellen entwickelt und untersucht. Das Ziel dabei ist es herauszufinden, welche Methode für eine Verbesserung von Verfahren zur Echtzeit-Vorhersage (Nowcasting) am besten geeignet ist. Die Grundlage für diese Untersuchungen bilden Daten des radarbasierten Zellverfolgungsalgorithmus KONRAD, anhand derer zusammenhängende Lebenszyklen von isolierter Konvektion (Einzel- und Superzellen) für die Sommerhalbjahre 2011-2016 erstellt werden. Zusätzlich wird eine Vielzahl konvektionsrelevanter Umgebungsvariablen unter Verwendung von hochaufgelösten Assimilationsanalysen des numerischen Wettervorhersagemodells COSMO-EU berechnet und mit den Lebenszyklen zusammengeführt. Auf Basis dieses kombinierten Datensatzes werden statistische Zusammenhänge zwischen verschiedenen Zellattributen und Umgebungsvariablen untersucht. Wie die Analysen zeigen, sind insbesondere Maße der vertikalen Windscherung aufgrund ihres Einflusses auf die Organisationsform der Konvektion geeignet, zwischen Zellen mit kurzer und langer Lebensdauer zu unterscheiden. Eine erhöhte thermische Instabilität der Atmosphäre geht mit einem schnelleren anfänglichen Wachstum der Zellen einher, welches wiederum eine größere horizontale Zellausdehnung (Zellfläche) während des Lebenszyklus und damit indirekt eine längere Lebensdauer begünstigt. Drei unterschiedliche multivariate Methoden (logistische Regression, Random Forest, nicht-linearer Polynomansatz) werden als Modelle für die Abschätzung der Lebensdauer und der maximalen Zellfläche der konvektiven Zellen mit Hilfe eines Ensembleansatzes untersucht. Die Vorhersagegüte der Modelle wird evaluiert und die Bedeutung der anfänglichen Zellentwicklung und der Umgebungsvariablen analysiert. Dabei werden Potentiale und Grenzen der Methoden aufgezeigt, die verdeutlichen, dass die Wahl eines geeigneten Verfahrens von der genauen Fragestellung bzw. Anforderung des Nowcastings abhängt. Die Untersuchungen legen dar, dass sich die maximale Zellfläche der konvektiven Zellen insgesamt besser abschätzen lässt als ihre Lebensdauer. Umgebungsvariablen, die den dynamischen und thermodynamischen Zustand der Atmosphäre charakterisieren, sind insbesondere zu Beginn der Zellentwicklung für die Abschätzung der zukünftig zu erwartenden Entwicklung der Zellen bedeutsam, während mit zunehmendem Zellalter die vergangene Zellhistorie immer wichtiger wird

    Robustheitssteigerung in Produktionsnetzwerken mithilfe eines integrierten Störungsmanagements

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    Manufacturing companies operating in global production networks face increasing susceptibilities to disruptions that may have far-reaching consequences for the entire network. To cope with disruptions and to maintain the network\u27s performance even if disruptions occur, companies are in need of a holistic, systematic disruption management, which includes all network actors in the identification of advantageous reaction measures and thus ensures the network\u27s robustness against disruptions. However, current implementations of operational disruption management are mostly exclusively based on experience or intuition and are limited to individual, production or logistics-related partners or areas, hence not forcing a holistically advantageous reaction. Therefore, the objective of the present thesis lies in the development of a methodology for increasing robustness in production networks by means of an integrated disruption management, taking both production and logistics perspectives into account. Based on the analysis and modelling of significant, production- and logistics-related disruptions, a simulation-based approach is used to identify (combinations of) countermeasures that are suitable both for the elimination of disruptions as well as the minimization of their consequences. The simulation thereby combines design of experiments with methods of metamodeling in order to obtain comprehensive statements about the interactions between disruptions, countermeasures and system performance and thus about the suitability of certain measures. Based on the knowledge about the suitability of certain measures, proactive strategies are derived, which promote the implementation of advantageous measures from a planning point of view by appropriately adjusting the respective capacities in the production network. This combined approach, which optimally coordinates the planning and control components of disruption management, allows to increase robustness in production networks. Within the scope of the research project FlexPLN, the developed methodology has been discussed and applied to a use case from the aviation industry. The results thereby do not only unveil that a joint consideration of production and logistics measures provides a promising means for a comprehensive understanding of disruptions and their consequences for production networks, but also indicate that a metamodeling-based approach might be meaningful to predict suitable countermeasures for the reaction to disruptions

    Digitales Assistenzsystem für das Product Lifecycle Management - Analyseansatz mit Fokus auf IT-Schnittstellen

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    Die Digitalisierung ist die treibende Kraft der aktuellen Entwicklungen unter dem Schlagwort Industrie 4.0. Heterogene und dezentral entstandene IT-Systeme in Unternehmen zu vernetzen ist derzeit eine der Hauptheraus-forderung in der Industrie. Erst auf Grundlage dieser Basis können Prozesse automatisiert und vernetzt realisiert werden. Besonders die Schnittstellen zwischen den IT-Systemen bilden eine Schlüsselrolle. Um diese effizienter zu gestalten, ist im Rahmen dieser Dissertation eine Methode vorgestellt, die Verantwortliche im Bereich der Digitalisierung unterstützt. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Ansatz zum IT-Schnittstellenmanagement entwickelt. Als Ausgangspunkt wurden die Aspekte des Produktlebenszyklusmanagements untersucht. Aufbauend auf den Erkenntnissen wurde ein Digitales Assistenzsystem (DAs) entwickelt. „DAs“ ist eine Methodik für die Analyse einer IT-Systemlandschaft mit Fokus auf die IT-Schnittstellen. Durch die Analyse können Schnittstellenpo-tenziale und Workflows identifiziert werden. Des Weiteren können IT-Systeme hinsichtlich monetären und nicht- monetären Faktoren verglichen werden. Die Methode ist mithilfe der IT-Systemlandschaft im Industrie 4.0 Collaboration Lab am Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen verifiziert und validiert

    Towards testing of automated driving functions in virtual driving environments

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    In dieser Arbeit wird ein Beitrag für den methodischen Test von automatisierten Fahrfunktionen mit Hilfe von virtuellen Umgebungen geleistet. Im ersten Teil wird die Notwendigkeit eines systematischen Testkonzepts begründet und die These aufgestellt, dass ein szenariobasiertes Testkonzept eine mögliche Lösung für das Testdilemma darstellen könnte. Dazu werden sechs Forschungsfragen aufgestellt, die für die Entwicklung eines szenariobasierten Ansatzes beantwortet werden müssen. Im zweiten Teil werden die Grundlagen und Voraussetzungen der Arbeit dargestellt. Hierfür werden Begriffe und Definitionen vorgestellt. Weiterhin wird der Begriff der Komplexität von Szenarien untersucht. Die Automatisierungsgrade und eine funktionale Systemarchitektur für automatisierte Fahrfunktionen werden vorgestellt. Der Teil schließt mit einer Klassifikation von verschiedenen X-in-the-Loop-Verfahren ab. Im dritten Teil wird das Testkonzept des modularen virtuellen Testbaukastens vorgestellt. Es werden Anforderungen definiert sowie der Aufbau und die Schnittstellen zwischen den Modulen des Testbaukastens präsentiert. Für die Auswahl und Analyse der Einflussparameter, die Testfallerstellung und die Testdurchführung mittels X-in-the-Loop-Verfahren werden Anforderungen definiert und der relevante Stand der Technik vorgestellt. Daraus wird der Forschungsbedarf abgeleitet. Für die Auswahl und Analyse der Einflussparameter wird ein Schema zur Beschreibung der Einflussparameter hergeleitet und Informationsquellen für die Auswahl und Analyse von Einflussparametern werden bewertet. Für die Testfallerstellung wird ein generisches Modell zur Beschreibung von Szenarien vorgestellt und eine kombinatorische Testfallableitung präsentiert. Für die Testdurchführung wird eine Zuordnungsmethode für Testfälle auf verschiedene X-in-the-Loop-Verfahren beschrieben. Zusätzlich werden Testtreiber für die Module einer funktionalen Systemarchitektur analysiert und die Testtreiber des modularen virtuellen Testbaukastens vorgestellt. Für die Testfallauswertung werden Anforderungen definiert und Methoden aus dem Stand der Technik zur Bewertung und zur Analyse der Testergebnissen präsentiert. Der Teil schließt mit einer Beschreibung der Limitationen des Testbaukastens ab. Der vierte Teil beschreibt die Anwendung des Testbaukastens im Fallbeispiel des Engstellenassistenten. Das Projekt wird vorgestellt und die verschiedenen Module des Testbaukastens werden angewendet.This dissertation contributes to the systematical test of driving functions with virtual environments. The first part establishes the necessity of a systematic test concept for automated driving functions. The challenge of testing automated driving functions is presented and the assumption that scenario-based test concept can be a possible solution. Six research questions will be asked in this section, which have to be answered for the development of a scenario-based test concept. The second part defines important terms and analyses prior art as a foundation for this dissertation. Furthermore the levels of automated driving functions are presented and a functional system architecture is suggested. Finally, methods of software testing, traffic simulations, and classification methods for x-in-the-loop techniques are discussed. The third part purposes a concept for a modular virtual testing toolbox. The structure and interfaces between modules of the toolbox are described. Furthermore, requirements are stated for the following modules: selection and analysis of influence parameters, test case generation, test execution with x-in-the-loop techniques, and test case evaluation. For each of these modules selected state of the art methods are presented. Hence, the need for research is deduced. For the selection and analysis of influence parameters, a schema for describing influence parameters is introduced. Furthermore, resources for the selection and analysis of influence parameters are evaluated. For the test case generation, a unified model for the description of scenarios is presented. Additionally, a combinatorial test case deduction is described. For the test case execution, a method for assigning test cases to x-in-the-loop techniques is suggested. For the test case evaluation, a method for the evaluation and analysis of the test result is presented. A review of the limitation of the modular virtual testing toolbox closes this part. The fourth part presents the application of the modular virtual test toolbox to the constriction assistance system. The project is described and the single modules of the toolbox are applied to the assistance system

    Entwerfen Entwickeln Erleben 2016 - Beiträge zur virtuellen Produktentwicklung und Konstruktionstechnik: Dresden, 30. Juni – 1. Juli 2016

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    Die Konferenz Entwerfen – Entwickeln – Erleben bietet ein besonderes Podium zum Austausch von Wissenschaftlern und Praxisvertretern aus den zentralen Bereichen der Produktentwicklung. Der vorliegende Band enthält Beiträge der EEE2016 unter anderem zu Industrie 4.0, Cyber-Physical Systems und Virtual Reality in vielfältigen Anwendungsbereichen des Maschinenbaus, zu Innovationsmanagement, Konstruktionsmethodik und Product Lifecycle Management sowie zu Reverse Engineering und generativen Verfahren. Die Technische Universität Dresden und technischesdesign.org ermöglichten in Kooperation mit der Gruppe Virtuelle Produktentwicklung der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktentwicklung (WiGeP) und dem Rat für Formgebung die fachübergreifende Diskussion des Schwerpunkt- Themas inmitten der interdisziplinären Dresdner Wissenschaftslandschaft. In diesem Band sind die Beiträge zur Konstruktionstechnik und zur Virtuellen Produktentwicklung enthalten, ein weiterer Band (ISBN 978-3-95908-061-3, herausgegeben von Jens Krzywinski et al.) fasst die Beiträge zum Industrial Design zusammen.:Big Data Analytics für die Produktentwicklung Alfred Katzenbach · Holger Frielingsdorf 15 Das Industrial Internet – Engineering Prozesse und IT-Lösungen Martin Eigner 25 Nutzbarmachung des Potentials naturfaserbasierter Werkstoffe als Leichtbau- bzw. Konstruktionsmaterial Timo Kuntzsch · Frank Miletzky 39 Erarbeitung eines Beziehungssystems zur Entwicklung eigenschaftsoptimierter Karosseriekonzepte in Mischbauweise Jan Hasenpusch · Andreas Hillebrand · Thomas Vietor 51 Faserverbundleichtbau in der Großserie: Chancen und Herausforderungen für den Produktentwickler Olaf Helms 63 Gestaltung eines alltagstauglichen Hocheffizienz-Konzeptfahrzeugs Richard Eiletz · Enno Block · Christoph Warkotsch · Klaus Post 73 Entwicklung kompakter, gepulster Elektro-Dipolmagnete für die laserbasierte Protonentherapie Michael Schürer · Thomas Herrmannsdörfer · Leonhard Karsch · Florian Kroll · Umar Masood · Jörg Pawelke 91 Der Panzer des Helmwasserflohs: Erfolgreiches adaptives Design in der Natur Hans-Peter Prüfer 97 Anforderungen des Nicht-Elektrischen Explosionsschutzes im Produktentwicklungsprozess Sabrina Herbst · Frank Engelmann · Karl-Heinrich Grote 113 Begleitung des Entwicklungsprozesses durch einen Generalisten und der „Faktor Mensch“ als Erfolgspotential Michael Bader · Harald Lang 127 Agile PLM Strategy Development – Methods and Success Factors Dietmar Trippner · Karsten Theis 143 Quo vadis „Additive Manufacturing“ Heinz Simon Keil 161 ProVIL – Produktentwicklung im virtuellen Ideenlabor Albert Albers · Nikola Bursac · Benjamin Walter · Carsten Hahn · Jan Schröder 185 Organisatorische Unterstützung der Produktentwicklung mit SysMLModellen Johannes Kößler · Kristin Paetzold 199 Personal Resource Management (PRM) in der modernen Produktentwicklung Bettina Schleidt 213 SkiPo – Ein skizzen- und portbasiertes Modell für die Entwicklung von mechanischen Systemen Martin Grundel · Jutta Abulawi 223 Benutzer- und aufgabenorientiertes virtuelles Modell für die Produktentwicklung Christian Weber · Heidi Krömker · Stephan Husung · Stephan Hörold · Atif Mahboob · Andreas Liebal 239 Konzept zur internationalen Einführung vernetzter Virtual Obeya-Räume zur standortverteilten Produktentwicklung Michael Abramovici · Stefan Adwernat · Matthias Neges 253 Innovation in der Orthopädie- und Rehatechnik, 3D-Digitalisierung und CAD/CAM-Nutzung Thomas Mitzenheim · Christoph Knoch-Weber 265 Nutzerintegration bei der Produktentwicklung am Beispiel der Medizintechnik Axel Boese · Michael Friebe · Christoph Arens · Fabian Klink · Karl-H. Grote 283 NC-gestützte Fertigung von Bohrschablonen für die dentale Implantation Daniel Ellmann · Andreas Klar · Philipp Sembdner · Stefan Holtzhausen · Christine Schöne · Ralph Stelzer 293 Optimierung der Schaftkomponente von Kurzschaftendoprothesen mittels Finite-Elemente-Analyse Claudia Kleinschrodt · Hans-Georg Simank · Bettina Alber-Laukant · Frank Rieg 303 Wissensbasierter Aufbau konstruktions-begleitender Finite-Elemente-Analysen durch ein FEA-Assistenzsystem Philipp Kestel · Sandro Wartzack 315 Fertigungsrestriktionsmodell zur Unterstützung des algorithmisierten PEP fertigungsgerechter Blechprodukte Katharina Albrecht · Thiago Weber Martins · Reiner Anderl 331 Prozessgebundene Berechnungs-Baugruppen: Ein Ansatz zur Lösung komplexer Entscheidungs- und Berechnungsabläufe Denis Polyakov · Willi Gründer 345 Elektronenstrahlschmelzen – ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren Burghardt Klöden · Alexander Kirchner · Thomas Weißgärber · Bernd Kieback · Michael Süß · Christine Schöne · Ralph Stelzer 359 Produktarchitekturgestaltung unter Berücksichtigung additiver Fertigungsverfahren Timo Richter · Hagen Watschke · David Inkermann · Thomas Vietor 375 Additive Fertigung von Metallen – Einsatz des LaserCUSING®s im Bereich Automotive Lisa Pastuschka · Peter Appel 393 Methoden zur Absicherung simulationsgerechter Produktmodelle René Andrae · Peter Köhler 403 Ein Doppelschneckenextruder zur Materialdosierung in einem Rapid Prototyping-Prozess Tobias Flath · Jörg Neunzehn · Michael C. Hacker · Hans-Peter Wiesmann · Michaela Schulz-Siegmund · Fritz Peter Schulze 419 Kosteneffiziente Technologien zur geometrischen Datenaufnahme im digitalen Reverse Engineering Tim Katzwinkel · Bhavinbhai Patel · Alexander Schmid · Walter Schmidt · Justus Siebrecht · Manuel Löwer · Jörg Feldhusen 429 3-D-Oberflächenerfassung- und 3-D-Druck-Potentiale für gerichtsverwertbare kriminaltechnische Untersuchungen Rainer Schubert · Marcus Mittasch 451 Das FEA-Assistenzsystem – Analyseteil FEdelM Tobias C. Spruegel · Sandro Wartzack 463 Entwicklung eines Doppelkolbenmotors – Konzept, Simulation und Prüfstandversuche Pascal Diwisch · Daniel Billenstein · Frank Rieg · Bettina Alber-Laukant 475 Interaktive Initialisierung eines Echtzeit 3D-Trackings für Augmented Reality auf Smart Devices mit Tiefensensoren Matthias Neges · Jan Luca Siewert 487 Virtuelle und experimentelle Methoden bei der Produktentwicklung einer Handhabungseinheit zur automatisierten Ablage technischer Textilien Marvin Richrath · Jan Franke · Jan-Hendrik Ohlendorf · Klaus-Dieter Thoben 503 Optimierung von Druckbehältern unterschiedlicher Geometrien und Werkstoffe Thomas Guthmann · Frank Engelmann 515 Customized Fabrication – Mass Customizing mit 3D-Druck Frank Lamack 527 Virtual Reality und Augmented Reality als Werkzeug in der Aufstellplanung Jens Mögel 537 XENOKAT – Biofilter für Xenobiotika in der Ressource Wasser Anett Werner · Ralf Hauser · Thomas Bley 549 Konzept für ein VR-System zur intuitiven Modellierung durch natürliche Interaktion Marius Fechter · Sandro Wartzack 561 Ansätze zur Betriebsdauerverlängerung von Suzlon Windkraftanlagen Jan Brökel 571 Augmented Reality Assistenzsystem mit graphenbasierter Zustandsanalyse für Produkte im Internet der Dinge Matthias Neges · Mario Wolf · Michael Abramovici 581 Datenqualität in Rapid Prototyping Prozessen Carsten Haugwitz 597 Erlebbarkeit von Anlagenkomponenten im Kontext Virtuelle Inbetriebnahme in virtuellen Umgebungen Andreas Geiger · Ingolf Rehfeld · Uwe Rothenburg · Rainer Stark 609 Management von Produktinformationen aus Entwicklungs- und Betriebsphase Stephan Günter Arndt · Bernhard Saske · Ralph Stelzer 62

    Qualitätssicherung von Modelltransformationen - Über das dynamische Testen programmierter Graphersetzungssysteme

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    Modelle und Metamodelle repräsentieren Kernkonzepte der modellgetriebenen Softwareentwicklung (MDSD). Programme, die Modelle (unter Bezugnahme auf ihre Metamodelle) manipulieren oder ineinander überführen, werden als Modelltransformationen (MTs) bezeichnet und bilden ein weiteres Kernkonzept. Für dieses klar umrissene Aufgabenfeld wurden und werden speziell angepasste, domänenspezifische Transformationssprachen entwickelt und eingesetzt. Aufgrund der Bedeutung von MTs für das MDSD-Paradigma ist deren Korrektheit essentiell und eine gründliche Qualitätssicherung somit angeraten. Entsprechende Ansätze sind allerdings rar. In der Praxis erweisen sich die vornehmlich erforschten formalen Verifikationsansätze häufig als ungeeignet, da sie oft zu komplex oder zu teuer sind. Des Weiteren skalieren sie schlecht in Abhängigkeit zur Größe der betrachteten MT oder sind auf Abstraktionen bezogen auf die Details konkreter Implementierungen angewiesen. Demgegenüber haben testende Verfahren diese Nachteile nicht. Allerdings lassen sich etablierte Testverfahren für traditionelle Programmiersprachen aufgrund der Andersartigkeit der MT-Sprachen nicht oder nur sehr eingeschränkt wiederverwenden. Zudem sind angepasste Testverfahren grundsätzlich wünschenswert, da sie typische Eigenschaften von MTs berücksichtigen können. Zurzeit existieren hierzu überwiegend funktionsbasierte (Black-Box-)Verfahren. Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Entwicklung eines strukturbasierten (White-Box-)Testansatzes für eine spezielle Klasse von Modelltransformationen, den sog. programmierten Graphtransformationen. Dafür ist anhand einer konkreten Vertreterin dieser Sprachen ein strukturelles Überdeckungskonzept zu entwickeln, um so den Testaufwand begrenzen oder die Güte der Tests bewerten zu können. Auch müssen Aspekte der Anwendbarkeit sowie der Leistungsfähigkeit der resultierenden Kriterien untersucht werden. Hierzu wird ein auf Graphmustern aufbauendes Testüberdeckungskriterium in der Theorie entwickelt und im Kontext des eMoflon-Werkzeugs für die dort genutzte Story- Driven-Modeling-Sprache (SDM) praktisch umgesetzt. Als Basis für eine Wiederverwendung des etablierten Ansatzes der Mutationsanalyse zur Leistungsabschätzung des Kriteriums hinsichtlich der Fähigkeiten zur Fehlererkennung werden Mutationen zur synthetischen Einbringung von Fehlern identifiziert und in Form eines Mutationstestrahmenwerks realisiert. Letzteres ermöglicht es, Zusammenhänge zwischen dem Überdeckungskonzept und der Mutationsadäquatheit zu untersuchen. Im Rahmen einer umfangreichen Evaluation wird anhand zweier nichttrivialer Modelltransformationen die Anwendbarkeit und die Leistungsfähigkeit des Ansatzes in der Praxis untersucht und eine Abgrenzung gegenüber einer quellcodebasierten Testüberdeckung durchgeführt. Es zeigt sich, dass das entwickelte Überdeckungskonzept praktisch umsetzbar ist und zu einer brauchbaren Überdeckungsmetrik führt. Die Visualisierbarkeit einzelner Überdeckungsanforderungen ist der grafischen Programmierung bei Graphtransformationen besonders nahe, so dass u. a. die Konstruktion sinnvoller Tests erleichtert wird. Die Mutationsanalyse stützt die These, dass die im Hinblick auf Steigerungen der Überdeckungsmaße optimierten Testmengen mehr Fehler erkennen als vor der Optimierung. Vergleiche mit quellcodebasierten Überdeckungskriterien weisen auf die Existenz entsprechender Korrelationen hin. Die Experimente belegen, dass die vorgestellte Überdeckung klassischen, codebasierten Kriterien vielfach überlegen ist und sich so insbesondere auch für das Testen von durch einen Interpreter ausgeführte Transformationen anbietet

    Automatische Klassifizierung von Gebäudegrundrissen: Ein Beitrag zur kleinräumigen Beschreibung der Siedlungsstruktur

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    Für die Beantwortung verschiedener Fragestellungen im Siedlungsraum werden kleinräumige Informationen zur Siedlungsstruktur (funktional, morphologisch und sozio-ökonomisch) benötigt. Der Gebäudebestand spielt eine besondere Rolle, da dieser die physische Struktur prägt und sich durch dessen Nutzung Verteilungsmuster von Wohnungen, Arbeitsstätten und Infrastrukturen ergeben. In amtlichen Geodaten, Karten und Diensten des Liegenschaftskatasters und der Landesvermessung sind die Gebäude in ihrem Grundriss modelliert. Diese besitzen allerdings nur selten explizite semantische Informationen zum Gebäudetyp. Es stellt sich die Frage, ob und wie genau eine automatische Erkennung von Gebäudetypen unter Nutzung von Methoden der Geoinformatik, der Mustererkennung und des maschinellen Lernens möglich ist. In diesem Buch werden methodische Bausteine zur automatischen Klassifizierung von Gebäudegrundrissen vorgestellt. Im Kern werden Fragen beantwortet zu den Datenanforderungen, der Gebäudetypologie, der Merkmalsgewinnung sowie zu geeigneten Klassifikationsverfahren und den Klassifikationsgenauigkeiten, die abhängig von Eingangsdaten, Siedlungstyp und Trainingsdatenmenge erzielt werden können. Der Random-Forest-Algorithmus zeigte die höchste Flexibilität, Generalisierungsfähigkeit und Effizienz und wurde als bestes Klassifikationsverfahren identifiziert. Die Arbeit leistet einen wichtigen Beitrag zur Gewinnung kleinräumiger Informationen zur Siedlungsstruktur. Die entwickelte Methodik ermöglicht ein breites Anwendungsspektrum in der Wissenschaft, Planung, Politik und Wirtschaft (u. a. Stadt- und Regionalplanung, Infrastrukturplanung, Risikomanagement, Energiebedarfsplanung oder dem Geomarketing).:Vorwort .................................................................................................. I Danksagung ......................................................................................... III Kurzfassung und Thesen ....................................................................... V Abstract and Theses ............................................................................. IX Inhaltsverzeichnis ................................................................................ XV 1 Einleitung ............................................................................................ 1 2 Grundlagen zur Siedlungsstruktur .................................................... 11 3 Methodische Grundlagen der Mustererkennung .............................. 57 4 Forschungsstand .............................................................................. 95 5 Konzeptionelle Vorüberlegungen .................................................... 113 6 Mögliche Datenquellen zum Gebäudegrundriss .............................. 127 7 Entwicklung des Verfahrens ........................................................... 143 8 Ergebnisse und Diskussion ............................................................. 201 9 Schlussfolgerungen und Ausblick .................................................... 259 Literatur ............................................................................................. 275 Abkürzungsverzeichnis ...................................................................... 311 Abbildungsverzeichnis ....................................................................... 320 Tabellenverzeichnis ........................................................................... 323 Anhang A Datengrundlagen zur Siedlungsstruktur ......................................... 327 B Gebäudetypologie .......................................................................... 343 C Merkmale ........................................................................................ 349 D Entwicklung des Klassifikators ........................................................ 365 E Genauigkeitsuntersuchung ............................................................. 375 F Exemplarische Anwendung von BFClassTool ................................... 395Building data are highly relevant for the small-scale description of settlement structures. Spatial base data from National Mapping and Cadastral Agencies describe the buildings in terms of the geometry but often lack semantic information on the building type. Here, methods for the automatic classification of building footprints are presented and discussed. The work addresses issues of data integration, data processing, feature extraction, feature selection, and investigates the accuracy of various classification methods. The results are of scientific, planning, policy and business interest at various spatial levels.:Vorwort .................................................................................................. I Danksagung ......................................................................................... III Kurzfassung und Thesen ....................................................................... V Abstract and Theses ............................................................................. IX Inhaltsverzeichnis ................................................................................ XV 1 Einleitung ............................................................................................ 1 2 Grundlagen zur Siedlungsstruktur .................................................... 11 3 Methodische Grundlagen der Mustererkennung .............................. 57 4 Forschungsstand .............................................................................. 95 5 Konzeptionelle Vorüberlegungen .................................................... 113 6 Mögliche Datenquellen zum Gebäudegrundriss .............................. 127 7 Entwicklung des Verfahrens ........................................................... 143 8 Ergebnisse und Diskussion ............................................................. 201 9 Schlussfolgerungen und Ausblick .................................................... 259 Literatur ............................................................................................. 275 Abkürzungsverzeichnis ...................................................................... 311 Abbildungsverzeichnis ....................................................................... 320 Tabellenverzeichnis ........................................................................... 323 Anhang A Datengrundlagen zur Siedlungsstruktur ......................................... 327 B Gebäudetypologie .......................................................................... 343 C Merkmale ........................................................................................ 349 D Entwicklung des Klassifikators ........................................................ 365 E Genauigkeitsuntersuchung ............................................................. 375 F Exemplarische Anwendung von BFClassTool ................................... 39

    Automatische Klassifizierung von Gebäudegrundrissen: ein Beitrag zur kleinräumigen Beschreibung der Siedlungsstruktur

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    Für die Beantwortung verschiedener Fragestellungen im Siedlungsraum werden kleinräumige Informationen zur Siedlungsstruktur (funktional, morphologisch und sozio-ökonomisch) benötigt. Der Gebäudebestand spielt eine besondere Rolle, da dieser die physische Struktur prägt und sich durch dessen Nutzung Verteilungsmuster von Wohnungen, Arbeitsstätten und Infrastrukturen ergeben. In amtlichen Geodaten, Karten und Diensten des Liegenschaftskatasters und der Landesvermessung sind die Gebäude in ihrem Grundriss modelliert. Diese besitzen allerdings nur selten explizite semantische Informationen zum Gebäudetyp. Es stellt sich die Frage, ob und wie genau eine automatische Erkennung von Gebäudetypen unter Nutzung von Methoden der Geoinformatik, der Mustererkennung und des maschinellen Lernens möglich ist. In diesem Buch werden methodische Bausteine zur automatischen Klassifizierung von Gebäudegrundrissen vorgestellt. Im Kern werden Fragen beantwortet zu den Datenanforderungen, der Gebäudetypologie, der Merkmalsgewinnung sowie zu geeigneten Klassifikationsverfahren und den Klassifikationsgenauigkeiten, die abhängig von Eingangsdaten, Siedlungstyp und Trainingsdatenmenge erzielt werden können. Der Random-Forest-Algorithmus zeigte die höchste Flexibilität, Generalisierungsfähigkeit und Effizienz und wurde als bestes Klassifikationsverfahren identifiziert. Die Arbeit leistet einen wichtigen Beitrag zur Gewinnung kleinräumiger Informationen zur Siedlungsstruktur. Die entwickelte Methodik ermöglicht ein breites Anwendungsspektrum in der Wissenschaft, Planung, Politik und Wirtschaft (u.a. Stadt- und Regionalplanung, Infrastrukturplanung, Risikomanagement, Energiebedarfsplanung oder dem Geomarketing).Building data are highly relevant for the small-scale description of settlement structures. Spatial base data from National Mapping and Cadastral Agencies describe the buildings in terms of the geometry but often lack semantic information on the building type. Here, methods for the automatic classification of building footprints are presented and discussed. The work addresses issues of data integration, data processing, feature extraction, feature selection, and investigates the accuracy of various classification methods. The results are of scientific, planning, policy and business interest at various spatial levels
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